氟硅酸中P2O5的快速測(cè)定

陳 鑫

（云南三環(huán)中化化肥有限公司 質(zhì)管研發(fā)部，云南 昆明 650000）

0 引言

氟硅酸為濕法磷酸生產(chǎn)中釋放出的四氟化硅經(jīng)水吸收的副產(chǎn)品，是制備氟硅酸鹽和冰晶石的主要原料。目前，工業(yè)氟硅酸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2832—2008質(zhì)量指標(biāo)要求優(yōu)等品、一等品w（P2O5）≤0.10%，合格品w（P2O5）≤0.15%［1］，檢驗(yàn)方法采用磷鉬藍(lán)分光光度法，但操作過(guò)程較煩瑣，耗時(shí)較長(zhǎng)，無(wú)法滿足生產(chǎn)過(guò)程控制的分析要求。筆者采用磷酸根分析儀測(cè)定氟硅酸中的磷含量，簡(jiǎn)化了操作步驟，縮短了分析時(shí)間，分析結(jié)果準(zhǔn)確，精密度高，對(duì)氟硅酸中磷含量分析有較強(qiáng)的實(shí)用性和推廣應(yīng)用前景。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

儀器：磷酸根分析儀，HK-208 型實(shí)驗(yàn)室磷表（量程0 ～50 mg/L）；BT223S 電子精密天平；塑料燒杯、容量瓶、刻度吸管或移液管。

試劑：除鹽水，25 ℃時(shí)電導(dǎo)率小于0.2 μS/cm；硼酸飽和溶液；釩鉬酸銨溶液，稱(chēng)取鉬酸銨50.0 g和偏釩酸銨2.5 g溶于400 mL除鹽水中得溶液a，量取濃硫酸195 mL 在不斷攪拌下緩緩加入250 mL 除鹽水中，冷卻至室溫，得溶液b，將溶液b倒入溶液a中，用除鹽水稀釋至1 L；磷標(biāo)準(zhǔn)溶液（ρ（PO43-）1 mg/mL），稱(chēng)取在105 ℃下烘干至恒質(zhì)量的KH2PO41.439 g 溶于少量除鹽水中，移入1 000 mL 容量瓶中，稀釋至刻度。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

試樣以硼酸絡(luò)合氟，在酸性條件下，磷酸鹽與釩鉬酸銨反應(yīng)，生成穩(wěn)定的黃色磷釩鉬酸配合物［2-3］。磷酸根分析儀利用光電比色原理測(cè)定溶液中磷酸鹽（PO43-）質(zhì)量濃度。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 磷酸根分析儀空白校準(zhǔn)

在主菜單中選擇“空白校準(zhǔn)”菜單，然后向分析儀中倒入2 ～3次除鹽水，數(shù)值穩(wěn)定后存儲(chǔ)。

1.3.2 曲線校準(zhǔn)

分別吸取1 mg/mL 的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液0、1、2、3、4 mL 于100 mL 容量瓶中，加除鹽水稀釋至刻度，搖勻。將容量瓶中100 mL 溶液全部轉(zhuǎn)移至塑料燒杯中，加入釩鉬酸銨溶液10 mL，混勻后放置3 min。

在主菜單中，選擇“曲線校準(zhǔn)”菜單，以除鹽水進(jìn)行空白水樣校驗(yàn)，倒入零點(diǎn)（ρ（PO43-）0.00 mg/L）顯色液進(jìn)行初始零點(diǎn)校準(zhǔn)，按光標(biāo)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)進(jìn)行“標(biāo)一（ρ（PO43-）10.00 mg/L）、標(biāo)二（ρ（PO43-）20.00 mg/L）、標(biāo)三（ρ（PO43-）30.00 mg/L）、標(biāo)四（ρ（PO43-）40.00 mg/L）”校準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)顯色液顯示的電壓值穩(wěn)定后，按“存儲(chǔ)”鍵保存，依次完成測(cè)量曲線校準(zhǔn)。初次使用、更換化學(xué)試劑及長(zhǎng)時(shí)間停用后均需要進(jìn)行曲線校準(zhǔn)。

1.3.3 樣品測(cè)定

稱(chēng)取試樣1 g （精確至0.000 2 g） 于250 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入硼酸飽和溶液10 mL，于水浴中加熱至溶液澄清（5 ～6 min），冷卻，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用除鹽水稀釋至刻度，搖勻。將容量瓶中100 mL溶液全部轉(zhuǎn)移至原燒杯中，加入釩鉬酸銨溶液10 mL，混勻后放置3 min。

磷酸根分析儀進(jìn)行空白校準(zhǔn)后，在儀器處于測(cè)量畫(huà)面狀態(tài)下，分2次倒入顯色后的待測(cè)樣品，待儀器顯示數(shù)值穩(wěn)定后，讀取器顯示當(dāng)前測(cè)量樣品的磷酸鹽（PO43-）質(zhì)量濃度，分析結(jié)果以第二次顯示數(shù)值為準(zhǔn)。

1.4 結(jié)果計(jì)算

試樣P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)按下式計(jì)算：

式中 ρ——磷酸根分析儀測(cè)定試樣磷酸鹽（PO43-）質(zhì)量濃度，mg/L；

V——試樣液體積，mL；

m——樣品質(zhì)量，g；

2 結(jié)果和討論

2.1 樣品處理

硼酸在水中的溶解度很小，20 ℃下100 g 水中僅能溶解硼酸5 g。根據(jù)HG/T 2832—2008，0.5 g試樣中加入硼酸1 g，于水浴中加熱，硼酸溶解不完全，因試樣中的水分蒸發(fā)而呈現(xiàn)糊狀，無(wú)法使溶液清亮。故筆者在樣品中加入室溫下的硼酸飽和溶液，通過(guò)加熱使硼酸的溶解度增大，使試樣變清亮，既能絡(luò)和氟硅酸中的氟，又可防止試樣因過(guò)飽和生成凝膠狀沉淀，導(dǎo)致分光光度法檢測(cè)結(jié)果偏高。

2.2 顯色劑的配制和加入量

嚴(yán)格按釩鉬酸銨溶液的配制要求配制顯色劑，把控硫酸加入量、混合比例和稀釋體積，此關(guān)鍵環(huán)節(jié)的誤差會(huì)妨礙磷酸根的正常顯色。氟硅酸中含有大量的硅酸根，嚴(yán)格把控顯色劑的配制和加入量，可防止硅酸根形成黃色絡(luò)合物。

2.3 量程選擇

由于生產(chǎn)工藝中氟吸收用水的來(lái)源不同，試樣中P2O5含量范圍波動(dòng)較大，進(jìn)行樣品測(cè)定時(shí)，為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)保證測(cè)量結(jié)果在0 ～50 mg/L 范圍內(nèi)，如果超出此范圍，應(yīng)對(duì)試樣進(jìn)行稀釋。

2.4 顯色時(shí)間和溫度

顯色溫度以20 ～40 ℃為宜，一般3 min 左右可顯色完全。

2.5 曲線校準(zhǔn)

如更換試劑，必須重新進(jìn)行曲線校準(zhǔn)，零點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)空白ρ（PO43-）讀數(shù)相差0.4 mg/L 以上須重建曲線；測(cè)量過(guò)程中數(shù)值若有異常，須用已知質(zhì)量濃度的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行校驗(yàn)，若讀數(shù)偏離較大（0.4 mg/L以上），須重建曲線。

曲線校準(zhǔn)：按磷酸根分析儀設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量不同濃度磷標(biāo)準(zhǔn)顯色液的電壓值，進(jìn)行曲線校準(zhǔn)。當(dāng)磷標(biāo)準(zhǔn)顯色液對(duì)應(yīng)的電壓值在合理范圍內(nèi)，電壓值自動(dòng)存儲(chǔ)依次跳轉(zhuǎn)至下一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)；超出合理范圍將停留在此校準(zhǔn)點(diǎn)，不能跳轉(zhuǎn)下一步操作，也不能對(duì)此校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行存儲(chǔ)。所有設(shè)置校準(zhǔn)點(diǎn)完成校準(zhǔn)后，選擇保存功能，曲線校準(zhǔn)成功。

曲線校準(zhǔn)后，對(duì)已知質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣進(jìn)行檢驗(yàn)，驗(yàn)證新曲線，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 磷酸根分析儀新曲線校準(zhǔn)與驗(yàn)證

由表1可以看出，經(jīng)校驗(yàn)，磷酸根分析儀測(cè)量結(jié)果在誤差范圍內(nèi)。

2.6 方法對(duì)比

分別采用本方法和標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定6個(gè)氟硅酸樣品中P2O5含量，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 數(shù)據(jù)可以看出，本方法與標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定結(jié)果基本吻合，說(shuō)明本方法準(zhǔn)確度高。

表2 方法對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.7 精密度實(shí)驗(yàn)

采用本方法分別對(duì)2個(gè)氟硅酸樣品進(jìn)行精密度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3 可知，磷酸根分析儀測(cè)定氟硅酸中的磷，結(jié)果重現(xiàn)性好，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于1.0%，該方法精密度好。

表3 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.8 回收率實(shí)驗(yàn)

采用本方法選擇2個(gè)不同氟硅酸樣品進(jìn)行回收率測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4 可知，該方法回收率在96%以上，準(zhǔn)確度較高。

表4 回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果 %

3 結(jié)論

磷酸根分析儀測(cè)定氟硅酸中磷酸鹽含量，加標(biāo)回收率在96%以上，方法準(zhǔn)確可靠，分析過(guò)程中，不用頻繁的進(jìn)行曲線校準(zhǔn)，單個(gè)樣品測(cè)試過(guò)程簡(jiǎn)單方便，僅需20 ～30 min即可完成測(cè)定，批量分析效率高，靈活性強(qiáng)，能滿足工業(yè)氟硅酸生產(chǎn)控制分析的需要，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。