某点火药组分定量分析方法研究

杨爱武，孙卫升，程军利，孟建谋，王宛蓉

(1.北方特种能源集团西安庆华公司，陕西西安 710025;2.陕西庆华汽车安全系统有限公司，陕西西安 710025;3.总参陆航部驻西安地区军代室，陕西西安 710043)

某点火药是由铝、高氯酸钾外加松香组成。其中配方不同或所使用铝粉材料规格不同，引起性能不同，如在混药时，有烟火铝粉、雾化铝粉和涂料铝粉等可供选择，不同配比及不同规格材料配制的药剂性能均有差异，分别适用于不同的产品中。该点火药在混制安全性及敏感性方面等较优于传统点火药剂，在许多火工品项目中得到广泛应用，如点火器、起爆器等。研制药剂时分别采用雾化铝粉、烟火铝粉和涂料铝粉3种不同原材料为还原剂混制药剂，为了定量监控药剂的成分配比，同时探究不同原料对该点火药性能的影响，需通过实验研究确定组分定量分析方法，测定不同材料配制的药剂中各成分含量。为不同配料所混制的点火药组分定量，确定适宜的分析方法，以规范控制理化指标，确保点火药剂质量。

某点火药研制中曾分别以3种铝粉作为还原剂配制药剂，结果显示，涂料铝粉因为其比重小、吸附性强，混药时不易混制均匀等缺点，无法配制出均匀质优的成品药剂;雾化铝粉纯度高，且比重与高氯酸钾比重相似，可以混制出均匀性及流散性俱佳的药剂;烟火铝粉纯度低，比重小，但易点燃，其已在同行业有相关应用。故而选用不同材料铝粉作为还原剂混制点火药时，剔除涂料铝粉，选择雾化铝粉、烟火铝粉两种方案。因此，研究制定适合于此两种铝粉为配料的点火药分析方法，实现药剂生产、科研的理化控制。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

氢氧化钠、氟化铵、六次甲基四胺、乙二胺四乙酸二钠、盐酸、甲基橙、氧化锌均为分析纯;二甲酚橙指示剂。

AL204电子天平;CK-30精密烘箱;滤杯 G4;DL-1万用调温电炉。

1.2 分析方法及原理

1.2.1 松香的定量分析 松香、铝粉、高氯酸钾3种成分在苯、水、无水乙醇、酸、碱中的溶解实验表明，松香在苯中溶解完全，在无水乙醇中也有较好的溶解性，其中乙醇不溶物不大于 0.04%［1］;铝粉、高氯酸钾均不溶于苯中［2］，在无水乙醇中雾化铝粉不溶解，烟火铝粉则微溶。因此，采用重量法分析松香的含量。

方法原理为:采用苯溶解试样，抽滤，通过溶解后引起质量损失测定松香含量。

1.2.2 铝粉的定量分析 铝粉的标准分析方法［3］为气量法。由于点火药为混合药剂，其中其它组分对测定有干扰，因此气量法并不适合。点火药溶解时，不仅电离出金属离子K+、Al3+、同时含有松香分子及阴离子，可溶物中除Al3+可以与EDTA-Na2定量络合外，其余离子及分子都不反应［4］。因此，采用络合滴定法分析铝粉含量。两种铝粉在不同溶剂中的溶解性能，见表1。

表1 铝粉的溶解性实验结果Table1 Solubility results of aluminum powder

由表1可知，雾化铝粉在浓的或稀的强酸、强碱中均溶解完全，溶解后澄清无色;烟火铝粉在浓的强酸、强碱中溶解时，样品剧烈反应，冲出并漂浮于液面上，造成漂浮层溶解不充分，但在稀的强碱中则溶解完全。因此选用对两种铝粉均适应的0.5 mol/L的NaOH作为溶剂溶解样品，由于Al3+对络合滴定指示剂有掩蔽作用，因此采用氟化铵置换络合滴定法分析铝粉含量。

分析原理为:以0.5 mol/L的NaOH溶解样品，在pH 5～6时加入过量EDTA-Na2，以氧化锌标准溶液络合过量的EDTA-Na2，氟化铵置换后以氧化锌标准溶液滴定EDTA-Na2，根据置换络合滴定消耗量计算雾化铝粉或烟火铝粉含量。

1.2.3 高氯酸钾的定量分析 对于以雾化铝粉作为原料配制的点火药，因为铝粉纯度高达98.7%以上，且铝在药剂中含量约30%，因此杂质带入的误差不超过0.39%，所以可以将高氯酸钾作为余量进行计算。以烟火铝粉为原料配制的点火药，由于铝粉纯度低，因此不能作为余量。高氯酸钾在冷水中微溶，在热水中溶解，溶解度［1］为6.5 g(50 ℃)、9 g(60 ℃)、11.8 g(70 ℃)、14.8 g(80 ℃)、18 g(90℃)、21.8 g(100℃);其它组分均不溶于水。因此，采用重量法分析高氯酸钾的含量。

分析原理为:采用约70℃热水溶解高氯酸钾，抽滤，通过溶解后，引起质量损失测定KClO4含量。

1.3 实验方法

1.3.1 松香的测定 称取试样约1 g，置于已在(60±2)℃干燥至恒量的G4滤杯中，用热苯溶解、抽洗数次，直至松香全部溶解，将滤杯置于(60±2)℃下干燥1 h，取出，在干燥器中冷却30 min，称量，测得试样的减轻量即为松香含量。

1.3.2 铝粉的测定 称取试样0.1 g于300 mL细口烧杯中，加入15 mL 0.5 mol/L氢氧化钠溶液，置于电炉上，加热至样品完全溶解。冷却后加入25 mL 0.1 mol/L的EDTA-Na2标准溶液，并以1+1盐酸调节pH为3～4(甲基橙指示)，煮沸3 min，加入20%六次甲基四胺溶液，调节pH为5～6。冷却后加入两滴2 g/L二甲酚橙指示剂，以氧化锌标准溶液滴定，至溶液由黄色变为红色，不计体积。然后加入1.5 g氟化铵并煮沸3 min，加入50 mL水，冷却后用氧化锌标准溶液滴定，直至溶液由黄色变为红色，记录此时读数，计算铝粉的含量。

1.3.3 高氯酸钾的测定 对于以雾化铝粉作为原料配制的点火药，高氯酸钾作为余量进行计算。

对于烟火铝粉为原料配制的点火药，称取试样约1 g，置于已在(60±2)℃干燥至恒量的G4滤杯中，用约70℃热水浸泡，抽洗数次，直至高氯酸钾全部溶解，然后将滤杯置于(60±2)℃下干燥至恒量，测得试样的减轻量即为高氯酸钾含量。

2 结果与讨论

2.1 松香的回收率与精密度实验

称取已知质量的松香，按比例加入其它组分，分析回收率。同时称取该点火药试样，分析精密度，结果见表2。

原材料松香回收率(X1)按式(1)计算，点火药中松香含量(X2)按式(2)计算:

式中 Δm——滤杯质量减轻量，g;

m——试样的质量，g。

表2 松香回收率及精密度实验结果Table2 Recovery and precision experimental results of rosin

由表2可知，松香回收率为100.14%，而松香在样品中的含量约2%，误差0.003%，说明该方法分析松香含量准确度高。雾化铝粉、烟火铝粉为原料配制的某点火药样品中松香含量6次测试结果的标准偏差分别为0.081%，0.13%，说明此方法精密度好。

2.2 两种不同规格铝粉的回收率及精密度实验

2.2.1 两种不同规格铝粉的回收率实验 称取已知质量的雾化铝粉，按比例加入其它组分，分析数据见表3。称取已知质量的烟火铝粉，按比例加入其它组分，分析数据见表4。铝粉回收率(X3)按式(3)计算。

式中 C——氧化锌标准溶液的浓度，mol/L;

V——第2次滴定消耗氧化锌标准溶液的体积，mL;

M——铝粉的摩尔质量，g/mol(M=26.98);

a——铝粉的纯度，实验批雾化铝粉为98.93%、实验批烟火铝粉92.57%;

m——铝粉质量，g。

由表3可知，测定雾化铝粉的回收率为99.94%，误差0.06%，故此法测定雾化铝粉准确度高。

表3 雾化铝粉回收率实验结果Table3 Recovery experimental results of pulverization aluminum

表4 烟火铝粉回收率实验结果Table4 Recovery experimental results of pyrotechnics aluminum

由表4可知，测定烟火铝粉的回收率为100.04%，误差0.04%，故此法测定烟火铝粉准确度高。

2.2.2 不同规格某点火药试样中两种铝粉的精密度实验 分别称取雾化铝粉、烟火铝粉为原料配制的点火药样品，分析数据见表5。点火药的铝粉含量(X4)按式(4)计算。

式中 C——氧化锌标准溶液的浓度，mol/L;

V——第2次滴定消耗氧化锌标准溶液的体积，mL;

X2——试样中松香的质量分数，%，实验批雾化铝粉配制的点火药中松香含量为2.07，烟火铝粉配制的点火药中松香含量为2.16;

M——铝粉的摩尔质量，g/mol(M=26.98);

m——铝粉质量，g。

由表5可知，雾化铝粉回收率为99.94%，烟火铝粉回收率为100.04%;而铝粉在样品中的含量约30%，误差分别为0.018%，0.012%，证明该方法分析铝粉含量准确度高。两种材料为还原剂配制的点火药样品中雾化铝粉、烟火铝粉含量6次测试结果的标准偏差分别为0.10%，0.12%，说明此方法精密度好。

2.3 高氯酸钾回收率及精密度实验

称取已知质量的原材料KClO4，按比例再加入其它组分，分析回收率;同时称取该点火药试样分析精密度。原材料KClO4回收率(X5)按式(5)计算，点火药中KClO4含量(X6)按式(6)计算，结果见表6。

表5 铝粉精密度实验结果Table5 Precision experimental results of pulverization aluminum

式中 Δm——滤杯质量减轻量，g;

X2——试样中松香的质量分数，%，实验批烟火铝粉配制的点火药中松香含量为2.16;

m——试样的质量，g。

表6 高氯酸钾回收率及精密度实验结果Table6 Recovery and precision experimental results of potassium perchlorate

由表6可知，高氯酸钾回收率为100.06%，而其在样品中的含量约70%，误差0.04%，证明该方法分析KClO4准确度高。烟火铝粉配制的点火药样品中 KClO4含量6次测试结果的标准偏差为0.11%，说明此法精密度好。

3 结论

针对两种不同铝粉(雾化铝粉、烟火铝粉)配制的药剂，确立了适合于各材料及不同规格药剂的分析方法。依据制定方法对组成药剂的各原材料进行回收率实验;同时分别以雾化铝粉和烟火铝粉为还原剂配制某点火药样品，分析两种点火药样品中松香、雾化铝粉或烟火铝粉、高氯酸钾含量，进行精密度实验。结果表明，采用苯提取重量法分析松香含量、热水溶解重量法分析高氯酸钾含量、络合滴定法分析铝粉含量，测试准确度高、精密度好，方法可行。有效解决了药剂定量分析，规范了药剂理化验收方法，对药剂生产和研发提供了参考和指导。

［1］ 任天瑞，李永红.松香化学及其应用［M］.北京:化学工业出版社，2006.

［2］ 刘光启，马连湘，刘杰.化学化工物性数据手册［M］.北京:化学工业出版社，2002.

［3］ 中华人民共和国国家质量监督检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 2085.1—2007雾化铝粉［S］.北京:中国标准出版社，2007.

［4］ 杭州大学化学系分析化学教研室.分析化学手册:第二分册［M］.北京:化学工业出版社，1997:445-571.