ICP-OES法测定炭黑原料油中的钾和钠

2019-04-15段毅平

山西化工 2019年6期

段毅平

(山西省工业标准化研究院，山西太原 030032)

炭黑是现代国民经济中不可缺少的重要产品之一，目前全世界的炭黑年产量已高达400余万t，绝大部分用于橡胶工业，其余则用于油墨、涂料及国民经济的其他行业中。炭黑是多个原子团聚在一起形成链枝状的聚集体，结构非常复杂。炭黑结构是炭黑的重要特性之一，结构高低直接影响混炼胶料的加工性能、硫化胶的机械性能和导电性。通常用DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸收值来表示炭黑结构的高低。结构越高，吸收值越高；反之，结构越低，吸收值越低。工艺上主要用碱金属盐(碳酸钾)来控制DBP的高低，生产中加入添加剂的量和原料油(蒽油和煤焦油)本身含有的钾、钠含量的总量是一定的。原料油由于生产工艺的原因，一定程度上都含有钾、钠离子。对于高结构产品来说，如果原料油中本身就含有大量的碱金属离子，生产中加入添加剂的剂量相对较少，产品可控性变差，产品质量波动加大，将很难生产出合格产品。因此，生产高结构炭黑产品必须对原料油中钾、钠含量进行检测和控制[1]，将含有不同比例钾、钠的原料油分类贮存，以用于不同的生产目的。

目前，测定炭黑原料油中钾、钠含量主要采用火焰光度法[2]和原子吸收分光光度计法[3]。这两种方法都存在一定的电离干扰[4-6]。ICP-OES法可以同时测定炭黑原料油中钾、钠含量，灵敏度高，基体效应低，标准曲线线性范围宽，具有良好的精密度和重复性。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

利曼Prodigy7等离子发射光谱仪；酸化器；TM-0912陶瓷纤维马弗炉(最高温度1 200 ℃)；电热板；石英蒸发皿(90 mm)；石英容量瓶(100 mL)；梅特勒ME104电子天平；美诚超纯水器。

钾、钠、锰标准储备液(1 000 mg/L，有证标物)。

1.2 样品处理

称取已混合均匀的样品10 g(称准至0.1 mg)，置于石英蒸发皿中，于电热板上低温加热，待油气出现时，用无灰滤纸点火，并降低电热板温度，使样品缓慢燃烧，待燃烧即将停止时，再逐渐提高电热板温度，继续碳化至不冒烟为止，然后移入马弗炉内于800 ℃下恒温灼烧2 h，待高温炉温度降到200 ℃以下时取出石英蒸发皿，冷却后加入5 mL盐酸溶液，在电热板上加热溶解灰分，并将酸液蒸发到1 mL左右后转移到100 mL石英容量瓶中，用2%硝酸稀释至刻度，摇匀。

1.3 测定条件

仪器点火稳定后，用质量浓度为50 mg/mL的锰标准溶液进行光源位置校准，通过自动寻峰，波长校准，确定被测元素最佳曝光位置，优化仪器参数。

1.4 绘制工作曲线

分别移取1.1中钾、钠母液5.00 mL于100 mL石英容量瓶中，用2%的硝酸稀释至100 mL，备用。此溶液质量浓度为50 μg/mL。按第40页表1体积移取该溶液，用2%的硝酸稀释至100 mL,进行工作曲线测定。

表1 K、Na标准系列溶液质量浓度

2 结果及讨论

2.1 样品前处理优化

1) 样品处理和配制标样所用器皿和稀释溶液均不应含有K、Na元素，普通玻璃器皿含有K、Na元素，故采用石英蒸发皿和容量瓶，为了保证测定结果稳定，所采用的试剂盐酸、硝酸均为优级纯，并经酸化处理。

2) K、Na标准曲线(见图1)

图1 K、Na标准曲线

3) 加标回收实验

加标回收实验结果见表2。

表2 加标回收实验结果

2.2 方法优势

测定钾、钠通常根据含量高低分别采用火焰光度法和原子吸收分光光度计法，火焰光度法适合于含K、Na量较高的样品的测定，原子吸收分光光度计测K、Na基体干扰大，且二者互相影响，只能分别测定。另外，由于来源不同，炭黑原料油中K、Na含量波动较大，对于含量较低的样品，原子吸收分光光度计就显得无计可施。ICP-OES测定炭黑原料油中K、Na含量，测定范围宽，基体干扰少，而且可以同时测定其中其他金属元素，准确快速。