工业碳酸钠产品中铁含量分析方法的探讨

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(连云港碱业有限公司，江苏 连云港 222042)

工业碳酸钠产品中铁含量分析方法的探讨

刘西洲，谢佃村

(连云港碱业有限公司，江苏 连云港 222042)

通过对目前工业碳酸钠检验中铁含量的分析方法进行研究，探讨了如何提高检验数据的准确性和代表性，更好地把好出厂产品质量关，提高产品竞争力。

纯碱；产品分析；铁含量；精密性；质量检验

铁含量是纯碱产品的一个重要质量指标，纺织、洗涤、高端玻璃等行业对纯碱的铁含量都有严格的要求。纯碱中铁含量的测定方法国内外标准都是采用邻菲啰啉分光光度法，国标中要求铁含量(以Fe计)≤0.0035，但一般大的纯碱生产厂家都能控制在0.002%以下。现对铁含量的分析方法进行研究，以提高检验数据的准确性和代表性。

1 国标检验方法

1.1 方法提要

用抗坏血酸将试液中的三价铁还原成二价铁，在pH=4～6时，二价铁离子可与邻菲啰啉生成稳定的橙红色络合物，于分光光度计最大吸收波长510 nm处测量其吸光度。

1.2 试剂

盐酸：1+1及1+3；

氨水：2+3及1+9；

乙酸-乙酸钠缓冲溶液：pH≈4.5；

抗坏血酸：2%溶液，该溶液的使用期限为10天；

邻菲罗啉：0.2%溶液，该溶液应避光保存，仅能是使用无色溶液；

铁标准溶液：1 mL含有0.100 mg 铁及1 mL含有0.010 mg 铁。

1.3 仪器

分光光度计：带有厚度为3 cm的吸收池。

1.4 铁工作曲线的绘制

1.4.1 操作步骤

在7个100 mL的小烧杯中分别加入0，1.0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0 mL铁标准溶液，用水稀至约40 mL，用1+3HCl溶液或2+3 NH3·H2O溶液调至pH约为2，全部移入100 mL容量瓶中，分别加入2.5 mL 20 g/L抗坏血酸，10 mL pH=4.5 Hac-NaAc缓冲溶液，5 mL 2 g/L邻菲啰啉溶液，稀至刻度，摇匀，用3 cm吸收皿，以蒸馏水为空白，于510 nm处测量其吸光度，以铁含量为横坐标，对应的吸光度为纵坐标，绘制工作曲线。

测定条件：时间2017年5月19日，室温28 ℃

仪器：7230G型分光光度计

铁标液：0.01 mg/mL

1.4.2 测定结果

表1 铁标液吸光度测定

根据以上数据计算以铁含量为横坐标(X)、吸光度(减空白后)为纵坐标(Y)的线性回归方程为：

Y=5.8523X+0.001463

相关系数r=0.99998

摩尔吸光系数ε=1.10×105(L mol-1cm-1)

可见吸光度与铁含量之间具有较好的线性相关关系,在测定铁含量的浓度范围内，符合朗伯-比耳吸收定律。

1.4.3 绘制铁标准曲线

根据表1数据，以铁含量为横坐标(X)、吸光度(减空白后)为纵坐标(Y)绘制铁标准曲线如图1。

图1

1.5 试样的测定步骤

称取试样精确至0.01 g，置于烧杯中，加少量水湿润，滴加35 mL盐酸溶液(1+1)，煮沸3～5 min,冷却(必要时过滤)，移入250 mL容量瓶中，加水至刻度，摇匀。

用移液管移取25 mL试验溶液，置于100 mL烧杯中；另取3.5 mL盐酸溶液(1+1)于另一烧杯中，用氨水(2+3)中和后，与试验溶液一并用氨水(1+9)和盐酸溶液(1+3)调节pH值为2(用精密pH试纸检验)。分别移入100 mL容量瓶中，加2.5 mL抗坏血酸溶液、10 mL乙酸-乙酸钠缓冲溶液、5 mL邻菲啰啉溶液，稀至刻度，摇匀，用3 cm吸收皿于510 nm处，以水为参比，测量试液和试剂空白溶液的吸光度。用试验溶液的吸光度减去空白试验溶液的吸光度，从工作曲线上查出相应的铁的质量。

结果计算：铁(Fe)的质量分数ω3(数值以%表示)按下式计算：

式中：m1——从工作曲线上查出的铁的质量的数值，单位为毫克(mg)；

m——移取试验溶液中所含试料的质量的数值，单位为克(g)；

w0——测得的烧失量的质量分数的数值，以%表示。

2 方法精密度的试验

分别准备1#～4#样品，按照1.5节的分析步骤测定纯碱中的铁含量，每个样平行测定8次，结果统计如表2。

从表2四个样品的测定结果看出，该方法具有较高的精密度。

3 几种分析过程的影响

3.1 称样量的影响

称取1#纯碱试样按取样量5 g、10 g、20 g分别平行进行试验8次，结果与表2中1#样数据对比如表3。

表2 纯碱中铁含量测定

表3 不同样品量下测定的铁含量

从以上试验结果可以看出，称样量为5 g、10 g、20 g 对铁含量的测定结果几乎没有影响，只是称样量为5 g时测定结果的精密度稍差点，可能是由于铁的微小黑点分布不均匀所至，称10 g和20 g的结果的精密度基本一致，故一般选择称10 g即可。

3.2 溶液酸度的影响

在酸性溶液中二价铁离子可以与邻菲啰啉生成1∶3的橙红色络合物，该有色络合物非常稳定(Pk=21.3)，在100 mL溶液中含Fe2+为0.01～0.03 mg时，其颜色与Fe2+浓度成正比，符合光的吸收定律。

实验步骤：分别配制 pH≈3、pH≈4.5、pH≈6的三种HAc-NaAc缓冲溶液。 取2#样品10.00 g按1.5节的步骤溶解于250 mL容量瓶中，分别取25.00 mL加入以上三种不同的缓冲溶液显色后测量其吸光度，空白试验溶液也分别加入三种不同的缓冲溶液，根据测定的吸光度计算样品的铁含量如表4。

表4 不同酸度下测定的铁含量

从以上结果看出，在三种不同的pH缓冲溶液条件下，对铁含量的测定结果没有影响。

3.3 抗坏血酸的影响

因为只有Fe2+才与邻菲啰啉生成橙红色络合物，而纯碱中铁以Fe2+、Fe3+两种形式存在，加入抗坏血酸可以把Fe3+还原为Fe2+。因此抗坏血酸是否加入、加入的量的多少对测定结果都有影响。

试验中取2#样品10.00 g按1.5节的步骤溶解于250 mL容量瓶中，分别取25.00 mL试液，在加入的步骤中分别加入抗坏血酸0 mL、1.0 mL、2.5 mL、5.0 mL,显色后后测量其吸光度，空白试验溶液也分别加入对应量的抗坏血酸。根据测定的吸光度计算样品的铁含量如表5。

表5 不同量抗坏血酸下测定的铁含量

从上表可以看出，不加入抗坏血酸时结果偏低很大，而加入抗坏血酸1.0 mL以上则结果没有变化。所以在考虑生产质量波动时，如铁在一等品或合格品时的情况，选择加入2.5 mL抗坏血酸较适宜。

在实际操作中还应注意抗坏血酸溶液的颜色，当其颜色发黄时表示已失效(一般在冬季10 d,夏季7 d左右)，应重新配制，否则会造成较大误差。

3.4 溶样时间的影响

纯碱样在加入盐酸溶解是要促进铁的溶解，要使完全溶解，一般2～3 min即可，但在之后继续加热煮沸是否对测定结果有影响呢？实验中采用3#、4#样，分别称三个试样，溶解后分别加热到2 min、5 min、10 min，对比数据如表6。

表6 不同煮沸时间下的铁含量

从以上数据看出，加热煮沸2 min已经使铁离子溶解完全，再继续加热对结果没有影响，故一般加热煮沸2～3 min即可。但要注意在检验设备大修后出现的铁高碱时，由于碱中会出现铁渣，煮沸时间应适当延长，直至其完全溶解。

3.5 显色时间的影响

采用3#、4#样，溶解显色后分别在2 min、10 min、30 min时测定其吸光度，计算铁含量如表7。

表7 不同显色时间下的铁含量

从以上数据可以看出，显色时间为2 min、10 min、30 min时，测定的溶液吸光度几乎没有变化，说明二价铁离子与邻菲啰啉生成的橙红色络合物非常稳定，所以一般在显色后2～3 min进行测量即可。

3.6 纯碱白度与铁含量的关系

目前好多高端的用户对纯碱的白度都提出了指标要求，白度和铁含量密切相关。一般铁含量在0.001%左右，轻灰白度在94以上，重灰白度在88以上；如果设备大修后或出现生产异常后，铁分升高，白度就随之下降，当超出优等品指标时(>0.0035%)，白度就低于80，外观就开始变为微红色直至出现红碱。

因此根据纯碱的外观颜色可以初步判断其铁含量的高低。另外在还要密切注意生产过程的变化，提前报警，预防不合格品的包装出现。

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1005-8370(2017)06-21-04

2017-08-01

刘西洲(1972—)，现为连云港碱业有限公司石灰车间主任。