原子吸收火焰光谱法测定羧甲基纤维素钠取代度的研究

2018-08-03张颖明邓立峰李党国

造纸化学品 2018年2期

张颖明，邓立峰，李党国

（牡丹江恒丰纸业股份有限公司，黑龙江牡丹江 157013）

1 引言

羧甲基纤维素（CMC）是天然纤维素经化学改性得到的一种具有醚结构的衍生物，由于其通常以钠盐的形式存在所以又称为羧甲基纤维素钠。它具有增稠、黏合、助长、乳化、缓释等作用，已被广泛应用于食品、医药、造纸、建材、陶瓷、日化、纺织印染、石油钻井等各个工业门类，有工业“味精”之称[1]，成为目前最重要的水溶性纤维素衍生物之一。CMC是造纸工业应用广泛的添加剂之一，特别是一些需要进行表面施胶的特种纸。在北美和欧洲CMC被公认为最优秀的表面施胶剂之一。

因为CMC的广泛应用，使得其质量评价指标研究也尤为重要。目前人们认为衡量CMC质量的主要指标包括纯度、取代度（DS）、pH等，其中DS指标最为人们所关心。DS是指每个纤维素单元上的羧甲基钠基团的平均数量，一般DS不同则CMC的性质也不同；DS增大，CMC溶解性就增强，溶液的透明度及稳定性也越好。DS的最大值是3，但在造纸工业上用途最大的是DS为0.5～0.9的CMC。

目前测定CMC的DS方法很多，如酸度计法、灰化法、电导率法等。国家标准（GB 1886.232—2016）采用的是最传统但最耗时的灰化法。

本文研究了采用微波消解仪处理样品，用原子吸收火焰光谱法测试羧甲基纤维素钠中的钠含量，通过钠含量计算羧甲基纤维素钠的DS的方法。该方法测试简单、准确、快速，可对羧甲基纤维素钠DS的评价和检测提供一种优良的技术手段。

2 实验部分

2.1 仪器与材料

iCE 3500 AAS原子吸收火焰光谱仪（Thermo Scientific公司）；CEM-Mars5型微波消解仪（美国CEM公司）；电子天平（瑞士梅特勒公司）；实验室用水为超纯水，电阻率为18.2 MΩ·cm；钠单元素标准溶液，1 000 μg/mL（中国计量研究院）；氯化铯，优级纯（国药集团化学试剂有限公司）；无水乙醇，优级纯（国药集团化学试剂有限公司）；浓硝酸，优级纯（德国默克公司），过氧化氢，优级纯（德国默克公司）。

2.2 试样处理

2.2.1 试样纯化

称取约1.5 g试样，置于玻璃砂坩埚中，用预先加热至50～70℃的乙醇溶液洗涤多次（每次加满玻璃砂坩埚）直到加入1滴铬酸钾溶液和1滴硝酸银溶液的滤液呈砖红色，为洗涤完成，反之应继续洗涤，一般洗涤5次。最后1次用无水乙醇洗涤，将洗涤后的试样移入砂芯坩埚，于温度（120±2）℃干燥2h（1 h左右时，将砂芯坩埚内试样轻轻敲松）。加盖移入干燥器内，冷却至室温。

2.2.2 试样消解

准确称取0.1 g（精确至0.000 1 g）按2.2.1方法纯化后的试样，于清洗好的聚四氟乙烯溶样杯内，加入2.0 mL过氧化氢和5.0 mL浓硝酸，预消解0.5 h。将溶样杯晃动几次，使样品充分浸没。按照表1微波消解程序进行消解，冷却后取出，转移至100 mL高密度聚乙烯（HDPE）容量瓶中，加入1.0 mL质量浓度为5g/L的氯化铯溶液，用0.5%硝酸溶液定容，摇匀，用于钠元素测试。同时做试剂空白溶液。

表1 微波消解条件

2.3 测定

调谐优化仪器，在表2所示的仪器工作条件下进行测试。

2.4 计算公式

按式（1）和式（2）计算羧甲基纤维素钠DS：

式中：B为试样中羧甲基质量摩尔浓度，mmol/g；C为被测定样中钠元素的质量浓度，mg/L；C0为试剂空白钠元素的质量浓度，mg/L；V为试样消解定容体积，mL；M为纯化试样质量，g；MNa为钠元素摩尔质量。

表2 仪器工作条件

3 结果与讨论

3.1 标准曲线的绘制及浓度范围的选择

根据羧甲基纤维素钠DS的特点（最大值不超过3）及试样质量。选择将标准曲线的质量浓度上限设为4.0 mg/L，可以保证其覆盖任何类型羧甲基纤维素钠DS的测试。配制钠标准工作溶液，在仪器工作条件下进行测试，以吸光度为纵坐标，钠质量浓度为横坐标绘制标准工作曲线，见图1。钠元素线性范围为0.0～4.0 mg/L，线性系数r=0.999 9，线性良好。