淀粉-碘化镉法测定部分水解聚丙烯酰胺浓度的影响因素分析

马庆霞,张忠智,苗建生,关迎春,肖 盟,关月明

(1.中国石油大学化学科学与工程学院,北京102249; 2.河南油田石油工程技术研究院,河南南阳473132)

淀粉-碘化镉法测定部分水解聚丙烯酰胺浓度的影响因素分析

马庆霞1,张忠智1,苗建生2,关迎春1,肖 盟1,关月明1

(1.中国石油大学化学科学与工程学院,北京102249; 2.河南油田石油工程技术研究院,河南南阳473132)

采用淀粉-碘化镉法测定部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的浓度,确定最佳测定条件为:醋酸钠缓冲溶液p H值5.0、溴代反应时间10 min、溴水/KBr加入量1 mL;并探讨了淀粉浓度对测定结果的影响,结果表明,淀粉浓度为5.0 g·L-1时,测定结果较好。

淀粉-碘化镉法;聚丙烯酰胺;浓度

聚丙烯酰胺(HPAM)是水溶性高分子化合物,广泛应用于采油、污水处理、造纸等领域[1,2]。

目前,测定采出液中 HPAM浓度的方法主要有淀粉-碘化镉光度法[3]、比浊法[4]及紫外分光光度法[5]等,其中最常用的方法是淀粉-碘化镉光度法,该法需要的仪器少、成本低、准确度高,因此得到很多油田和实验室的采用。但缓冲溶液的p H值、各步骤反应时间、淀粉浓度、可溶性淀粉的溶解方法等对测定结果影响显著。作者在此对淀粉-碘化镉测定部分水解聚丙烯酰胺浓度的影响因素进行分析,以确定最佳的测定条件。

1 实验

1.1 试剂和仪器

溴水、溴化钾、甲酸钠、醋酸钠、可溶性淀粉、碘化镉等,均为分析纯。

(1)醋酸钠缓冲溶液:将25 g水合醋酸钠溶解在800 mL蒸馏水中,加入0.50 g水合硫酸铝,用醋酸调p H值为5.0,稀释至1000 mL,备用。

(2)淀粉-碘化镉试剂:准确称取11 g碘化镉溶于400 mL蒸馏水中,搅拌溶解后加热煮沸10 min,冷却至室温。准确称取5 g可溶性淀粉倒入400 mL蒸馏水中,充分搅拌,间歇式加入4～5 g NaOH颗粒,直到溶液完全透明,淀粉完全溶解。用醋酸中和NaOH,使溶液pH值≤7.0,用滤纸过滤,除去不溶性支链淀粉。将冷却至室温的碘化镉溶液和过滤后的淀粉溶液混合,加蒸馏水至1000 mL(如果煮沸后的碘化镉溶液含有杂质,则必须和淀粉一起过滤),密封,老化24 h,备用。

(3)100 mg·L-1聚合物:在500 mL烧杯中加入大约400 mL蒸馏水(或配制清水),准确称取0.05 g HPAM颗粒,均匀地撒入烧杯中,磁力搅拌20～30 min,待HPAM颗粒完全溶解、溶液完全透明后,转入玻璃瓶中,用蒸馏水多次冲洗烧杯,一并转入玻璃瓶中,至500 mL,密封,老化24 h,备用。

(4)溴水/KBr溶液:将8 mL液溴与60 g溴化钾蒸馏水溶解并配制成500 mL的溶液。此过程在通风橱内进行。

(5)质量分数为1%的甲酸钠溶液,饱和溴水。

722型分光光度计,PB-10型酸度计,85-1型磁力搅拌器。

1.2 方法

在50 mL容量瓶中加入5 mL醋酸钠缓冲溶液、适量(≤18 mL)HPAM试样、15 mL蒸馏水,混匀后;加入1 mL溴水/KBr溶液(溴水加入量以反应10 min后溶液显黄色或浅黄色为准,以保证溴水过量),反应10 min;加入5 mL 1%甲酸钠溶液,反应5 min;加入5 mL淀粉-碘化镉试剂,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀,静置10 min;用分光光度计在574 nm测定吸光度值,以蒸馏水作参比。

2 结果与讨论

2.1 缓冲溶液pH值对吸光度的影响

保持其它条件不变,改变醋酸钠缓冲溶液的p H值,测定10～50 mg·L-1的 HPAM在不同p H值下的吸光度,结果见表1。

表1 不同pH值醋酸钠缓冲溶液中HPAM的吸光度(n=2)Tab.1 Absorbance of HPAM in different sodium acetate buffer solutions(n=2)

由于p H值为3.5时,吸光度值过小,不宜测定HPAM浓度,未在表中列出。由表1可见,当p H值为4.0～4.5时,重现性不好;p H值为5.0时,吸光度值略有下降,但重现性较好;p H值＞5.0时,吸光度值过小(均低于0.01),未在表中列出。因此,适宜p H值为5.0。

2.2 溴代反应时间对吸光度的影响

加入溴水/K Br,使酰胺基发生溴代反应,以准确测量HPAM浓度。溴代反应时间对吸光度的影响见图1。

图1 溴代反应时间对吸光度的影响Fig.1 The effect of bromination reaction time on absorbance

由图1可知,加入溴水/KBr反应5 min时,吸光度较低,反应不够充分;而后随着溴代反应时间的延长,吸光度快速升高;反应10 min后,吸光度基本不变。因此,确定最适溴代反应时间为10 min。

2.3 溴水/KBr加入量对吸光度的影响(表2)

表2 溴水/KBr加入量对吸光度的影响Tab.2 The effect of the addition amount of Br2/KBr on absorbance

由表 2可知,1 mL溴水/KBr足以使 2 mL HPAM发生溴代反应。因此,确定最适溴水/KBr加入量为1 mL。

2.4 淀粉浓度对吸光度的影响

溴代酰胺在p H值为5.0的酸性条件下与淀粉-碘化镉反应生成蓝色三碘—淀粉络合物,此过程中可溶性淀粉是否全部溶解,对测定结果至关重要,否则会因每次淀粉溶解度不同,使数据没有可比性。淀粉浓度对吸光度的影响见图2。

图2 淀粉浓度对吸光度的影响Fig.2 The effect of starch concentration on absorbance

由图2可知,随着淀粉浓度的增大,不同浓度HPAM的吸光度增幅增大。

2.5 最佳淀粉浓度的选择(图3)

图3 HPAM浓度对吸光度的影响Fig.3 The effect of HPAM concentration on absorbance

由图3可知,随着淀粉浓度的增大,不同 HPAM浓度测得的吸光度值趋于一条直线;当淀粉浓度增大到3.0 g·L-1时,继续增大淀粉浓度,拟合直线的斜率不再增大;当淀粉浓度为5.0 g·L-1时,吸光度再现性最好。故确定最佳淀粉浓度为5.0 g·L-1。

2.6 标准曲线的绘制

实验条件下建立的HPAM浓度-吸光度标准曲线的线性好坏能直接反映实验设计是否合理以及能否准确测定HPAM浓度。

为使标准曲线满足实际分析工作的需要,将1000 mg·L-1HPAM储备液用蒸馏水稀释成不同浓度的标准溶液,分别取5 mL上述稀释标准溶液于最佳条件下测定吸光度。以吸光度为纵坐标、c(HPAM)为横坐标绘制HPAM的标准曲线,结果见图4。

图4 HPAM的标准曲线Fig.4 The standard curve of HPAM

由图4可知,HPAM浓度在0～25 mg·L-1范围内线性极好,拟合线性回归方程为 y=0.008x-0.0015,相关系数 R2=0.9995。说明,在缓冲溶液pH值为5.0、溴水/KBr加入量为1 mL、溴代反应时间为10 min、淀粉浓度为5.0 g·L-1的最佳条件下,能够准确测定HPAM浓度。

3 结论

采用淀粉-碘化镉法测定聚丙烯酰胺浓度,确定最佳测定条件为:缓冲溶液p H值5.0、溴水/KBr加入量1 mL、溴代反应时间10 min、淀粉浓度5.0 g· L-1。其中p H值5.0既能保证 N-溴代酰胺的产出,同时又保证在除去过量Br2时不致与甲酸钠反应。另外,在实验操作过程中,因为HPAM在容量瓶壁上有粘附,所以,配制聚合物溶液的均匀性和显色时容量瓶清洗的洁净程度及所用可溶性淀粉是否完全溶解均对测定结果有较大影响。

[1] 王亚军,唐颐,王星东.纳米沸石的合成、性质、组装及应用[J].石油化工,2002,31(3):217-223.

[2] van der Pol A J H P,Verduyn A J,van der Hooff J H C.Why are some titanium silicalite-1 samples active and others not?[J].Appl Catal A:General,1992,92(2):113-130.

[3] Scoggins M W,Miller J W.Spectrophotometric determination of water soluble organic amides[J].Anal Chem,1975,47(1):152-154.

[4] Allison J D,Wimbeley J W,Ely T L.Automated and manual method for the determination of polyacrylamides and other anionic polymers,SPE 13589[C].Proceedings of the SPE international symposium on oilfield and geothermal chemistry.Arizona:Phoenix,1985:9-11.

[5] Huang Yan,Bi Ying-Li,Zhen Kai-ji,et al.The retention of high molecular polyacrylamide by oil sand[J].Acta Scientiarium Naturalium Universitatis Jilinensis,1997,(3):76-78.

Analysis of the Effects on Determination of Concentration of Partially Hydrolyzed Polyacrylamide by Starch-Cadmium Iodide Method

MA Qing-xia1,ZHANG Zhong-zhi1,MIAO Jian-sheng2,GUAN Ying-chun1,XIAO Meng1,GUAN Yue-ming1
(1.Faculty of Chemical Science and Engineering,China University ofPetroleum,Beijing102249,China; 2.Institute ofPetroleum Engineering Technology,Henan Oilf ield Company,N anyang473132,China)

The determination of concentration of partially hydrolyzed polyacrylamide by starch-cadmium iodide method was studied.The optimum conditions were obtained as follows:sodium acetate buffer p H value 5.0,the bromination reaction time 10 min and the addition amount of Br2/KBr 1 mL.The results showed that the absorbance increased with the straight chain starch concentration,and the determination result was best when the straight chain starth concentration was 5.0 g·L-1.

starch-cadmium iodide method;polyacrylamide;concentration

TQ 326.4

A

1672-5425(2010)06-0080-03

2010-03-10

马庆霞(1984-),女,河北衡水人,硕士研究生,研究方向:石油有机化学;

张忠智,博士,教授。E-mail:jianhui2002@163.com。