原子吸收火焰光譜法測定羧甲基纖維素鈉取代度的研究

張穎明，鄧立峰，李黨國

（牡丹江恒豐紙業股份有限公司，黑龍江牡丹江 157013）

1 引言

羧甲基纖維素（CMC）是天然纖維素經化學改性得到的一種具有醚結構的衍生物，由于其通常以鈉鹽的形式存在所以又稱為羧甲基纖維素鈉。它具有增稠、黏合、助長、乳化、緩釋等作用，已被廣泛應用于食品、醫藥、造紙、建材、陶瓷、日化、紡織印染、石油鉆井等各個工業門類，有工業“味精”之稱[1]，成為目前最重要的水溶性纖維素衍生物之一。CMC是造紙工業應用廣泛的添加劑之一，特別是一些需要進行表面施膠的特種紙。在北美和歐洲CMC被公認為最優秀的表面施膠劑之一。

因為CMC的廣泛應用，使得其質量評價指標研究也尤為重要。目前人們認為衡量CMC質量的主要指標包括純度、取代度（DS）、pH等，其中DS指標最為人們所關心。DS是指每個纖維素單元上的羧甲基鈉基團的平均數量，一般DS不同則CMC的性質也不同；DS增大，CMC溶解性就增強，溶液的透明度及穩定性也越好。DS的最大值是3，但在造紙工業上用途最大的是DS為0.5～0.9的CMC。

目前測定CMC的DS方法很多，如酸度計法、灰化法、電導率法等。國家標準（GB 1886.232—2016）采用的是最傳統但最耗時的灰化法。

本文研究了采用微波消解儀處理樣品，用原子吸收火焰光譜法測試羧甲基纖維素鈉中的鈉含量，通過鈉含量計算羧甲基纖維素鈉的DS的方法。該方法測試簡單、準確、快速，可對羧甲基纖維素鈉DS的評價和檢測提供一種優良的技術手段。

2 實驗部分

2.1 儀器與材料

iCE 3500 AAS原子吸收火焰光譜儀（Thermo Scientific公司）；CEM-Mars5型微波消解儀（美國CEM公司）；電子天平（瑞士梅特勒公司）；實驗室用水為超純水，電阻率為18.2 MΩ·cm；鈉單元素標準溶液，1 000 μg/mL（中國計量研究院）；氯化銫，優級純（國藥集團化學試劑有限公司）；無水乙醇，優級純（國藥集團化學試劑有限公司）；濃硝酸，優級純（德國默克公司），過氧化氫，優級純（德國默克公司）。

2.2 試樣處理

2.2.1 試樣純化

稱取約1.5 g試樣，置于玻璃砂坩堝中，用預先加熱至50～70℃的乙醇溶液洗滌多次（每次加滿玻璃砂坩堝）直到加入1滴鉻酸鉀溶液和1滴硝酸銀溶液的濾液呈磚紅色，為洗滌完成，反之應繼續洗滌，一般洗滌5次。最后1次用無水乙醇洗滌，將洗滌后的試樣移入砂芯坩堝，于溫度（120±2）℃干燥2h（1 h左右時，將砂芯坩堝內試樣輕輕敲松）。加蓋移入干燥器內，冷卻至室溫。

2.2.2 試樣消解

準確稱取0.1 g（精確至0.000 1 g）按2.2.1方法純化后的試樣，于清洗好的聚四氟乙烯溶樣杯內，加入2.0 mL過氧化氫和5.0 mL濃硝酸，預消解0.5 h。將溶樣杯晃動幾次，使樣品充分浸沒。按照表1微波消解程序進行消解，冷卻后取出，轉移至100 mL高密度聚乙烯（HDPE）容量瓶中，加入1.0 mL質量濃度為5g/L的氯化銫溶液，用0.5%硝酸溶液定容，搖勻，用于鈉元素測試。同時做試劑空白溶液。

表1 微波消解條件

2.3 測定

調諧優化儀器，在表2所示的儀器工作條件下進行測試。

2.4 計算公式

按式（1）和式（2）計算羧甲基纖維素鈉DS：

式中：B為試樣中羧甲基質量摩爾濃度，mmol/g；C為被測定樣中鈉元素的質量濃度，mg/L；C0為試劑空白鈉元素的質量濃度，mg/L；V為試樣消解定容體積，mL；M為純化試樣質量，g；MNa為鈉元素摩爾質量。

表2 儀器工作條件

3 結果與討論

3.1 標準曲線的繪制及濃度范圍的選擇

根據羧甲基纖維素鈉DS的特點（最大值不超過3）及試樣質量。選擇將標準曲線的質量濃度上限設為4.0 mg/L，可以保證其覆蓋任何類型羧甲基纖維素鈉DS的測試。配制鈉標準工作溶液，在儀器工作條件下進行測試，以吸光度為縱坐標，鈉質量濃度為橫坐標繪制標準工作曲線，見圖1。鈉元素線性范圍為0.0～4.0 mg/L，線性系數r=0.999 9，線性良好。

圖1 鈉標準溶液工作曲線

3.2 干擾及消除

堿金屬鈉的電離電位小于6 eV，在空氣-乙炔火焰中容易電離導致吸光度降低[2]。在分析溶液中加入1.0 mL質量濃度為5 g/L的氯化銫作為電離抑制劑，可大大增加火焰中的自由電子濃度使平衡向有利于形成基態原子的方向移動增大基態原子的濃度，從而提高測試的穩定性和準確性。

3.3 方法精密度及準確性

對同一羧甲基纖維素鈉樣品平行測定10次，結果見表3。

表3 CMC的DS測量結果

4 結論

本文研究建立了微波消解處理，采用原子吸收火焰光譜法測試羧甲基纖維素鈉樣品DS的方法。該方法分析速度快，結果準確，數據穩定，測試結果與國家標準采用的檢測方法具有可比性，適用于羧甲基纖維素鈉DS的測試。