吐温60胶束增敏分光光度法测定油田采出水中铝含量

陈雪艳，宋碧涛，徐 丹，朱霞石，王赪胤＊

（1．扬州大学化学化工学院，江苏 扬州225002；2．中石化江苏油田分公司石油工程研究院，江苏 扬州225009）

柠檬酸铝被用来合成胶态分散凝胶（交联剂）以用于低温油田调剖作业中，油田采出水中铝含量变化可以直接反映出调剖交联剂在油层中的流动及变化情况［1］，因此检测油田采出水中铝离子的含量具有重要的应用价值．目前，铝的检测方法主要包括电位法［2］、原子吸收光谱法［3］及紫外分光光度法［4－5］等．表面活性剂的胶束增敏在光谱研究中发挥着重要作用［6］，已有文献报道采用十六烷基三甲基溴化铵［7］、溴化十六烷基吡啶［8］、曲拉通X－114［9］等表面活性剂作为光谱法测定铝的增敏剂，而以非离子表面活性剂吐温60作增敏剂进行铝含量的测定方法尚未见报道．本文提出一种吐温60胶束增敏可见分光光度法定量测定油田采出水中铝离子含量的新方法．

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

723PC可见分光光度计（上海新茂有限公司）；酸度计（上海精科雷磁仪器厂）；电子分析天平（上海梅特勒－托利多有限公司）．

铝片（0．1mm×100mm，国药集团试剂有限公司，AR），实验用水为去离子水．

铬天青S（Chrome Azurol S，CAS）溶液（2g·L－1）：准确称取0．2g CAS，溶于体积分数为50%的乙醇溶液，定容至100mL．

吐温20溶液（体积分数为1%，下同）：移取1．00 mL 吐温20溶液，加水定容至100 mL．吐温60、吐温80溶液配制方法与吐温20相同．优化实验中铝离子的质量浓度均为0．1mg·L－1．

1．2 实验步骤

1．2．1 实验方法

在10mL容量瓶中，依次加入适量标准铝溶液、0．80 mL CAS溶液、5．00 mL pH＝5．0 HAc－NaAc缓冲溶液、0．60mL吐温60溶液，加水定容；在25 ℃下放置40min，测定溶液的吸光度．

取油田采出水样品，静置，上层液经0．45μm 滤膜过滤，收集滤液为待测液，稀释50倍备用．待测液按照吐温60胶束增敏分光光度法进行实验，通过线性工作曲线得到油田采出水中铝离子的含量．

1．2．2 分配系数测定［10］

在10mL 容量瓶中依次加入5．00mL pH＝5．0 HAc－NaAc缓冲溶液，0．80mL 2g·L－1的CAS 溶液，配制一系列浓度梯度的吐温溶液，定容．测定每个试样在最大吸收波长处的吸光度值，再计算分配系数KD：

其中Aψ为一定波长和一定表面活性剂浓度下显色剂铬天青S溶液的吸光度值，Am，Aw分别为吐温胶束相和水相中铬天青S溶液的吸光度值，ρD为吐温溶液的质量浓度．作1／（Aψ－Aw）－1／ρD 关系曲线，即可求得某一吐温溶液浓度下铬天青S在胶束相和水相中的分配系数．

2 结果与讨论

2．1 表面活性剂介质的选择

选取常用的阳离子表面活性剂（十六烷基三甲基溴化铵）、阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠）、非离子表面活性剂（Triton X－100，Triton X－114，吐温类）进行实验．结果表明仅Triton X－100、吐温对本测定有增敏效果，但Triton X－100增敏测定铝已有报道，因此本实验分别研究吐温20、吐温60、吐温80对测定铝的增敏效果，结果如图1所示．由图1可见，吐温60的增敏效果最为明显，故选用吐温60作增敏剂．

2．2 吐温增敏机制

铬天青S在吐温20、吐温60和吐温80中的分配系数值依次为790，1 460，1 185，吐温60的分配系数最大．由此推测吐温60的增敏机制：在吐温60溶液中，铬天青S的容量最大，在反应过程中获得最多的体系，增溶效果最好．

图1 不同介质中溶液的吸收光谱Fig．1 Absorption spectrum of solution in different media

2．3 显色反应的影响因素

1）酸度．图2给出了体系pH 在3．0～9．0之间溶液吸光度的变化情况．由图2可见，当pH＜5．0时，随着体系pH 值的增大，溶液的吸光度值增大；当pH＝5．0时，吸光度达到最大且稳定；当5．0＜pH＜9．0时，吸光度值随pH 升高而降低．故本实验调节溶液的pH 至5．0．

2）吐温60用量．吐温60用量对显色反应的影响实验结果如图3所示．图3表明：随着吐温60溶液用量的增加，吸光度逐渐上升，当溶液用量为0．6mL时吸光度最大，继续增加吐温60用量，吸光度呈下降趋势；因此，本实验选取0．6mL吐温60溶液作为最佳实验用量．

3）铬天青S质量浓度．为了使反应完全，显色剂应过量以保证溶液中的铝离子能够全部参与反应，图4给出了铬天青S质量浓度对显色反应的影响曲线．图4显示，随着溶液中铬天青S质量浓度的增大，吸光度值逐渐变大；当显色剂质量浓度达到0．12g·L－1时，吸光度逐渐趋于稳定，故选择显色剂的质量浓度为0．16g·L－1作为最佳实验条件．

图2 酸度对显色反应的影响Fig．2 Effect of pH on chromogenic reaction

图3 吐温60用量对显色反应的影响Fig．3 Effect of volume of Tween 60 on chromogenic reaction

图4 铬天青S的质量浓度对显色反应的影响Fig．4 Effect of volume of CAS on chromogenic reaction

4）温度．图5显示了20 ～50 ℃之间溶液吸光度值的变化情况．图5表明，在25 ℃下吸光度最大；随着温度的升高，吸光度逐渐减小，因此选择25 ℃作为实验的最佳温度．

5）平衡时间．图6反映了平衡时间在5 ～60min之间吐温60的增敏效果．由图6可见：随着时间的延长，溶液的吸光度逐渐增大；反应时间超过35 min，吸光度趋于稳定且达到最大值；在35 ～60min之间，吸光值基本保持不变；因此，本实验选取的最佳显色平衡时间为40min．

图5 温度对显色反应的影响Fig．5 Effect of temperature on chromogenic reaction

图6 时间对显色反应的影响Fig．6 Effect of time on chromogenic reaction

2．4 干扰物质对铝离子测定的影响

对于0．1 mg·L－1的铝离子，下列离子不产生干扰（影响的吸光度相对误差为±5%）：I－，Co2＋，Ba2＋，Mn2＋，Ni2＋，Pb2＋，Na＋，Mg2＋，K＋，Zn2＋，Ca2＋，Cd2＋．

2．5 实际样品测定

将不同质量浓度的铝标准溶液根据最佳优化条件绘制工作曲线，依次获得油田采出水中的铝离子含量．铝的加入量为0．020 0mg·L－1，测定结果如表1所示．由表1可知，实验的平均回收率均高于90%，说明该方法可用于测定本体系油田采出水中铝离子的含量．

表1 油田采出水中铝离子的回收率＊Tab．1 Recovery results of aluminum in oilfield produced water

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