微波消解前处理-电感耦合等离子体发射光谱法检测异戊橡胶中钛含量

作者:互联网 发布时间:2017-12-01

摘要:用微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)检测异戊橡胶(IR)中钛质量分数。结果表明,消解体系为硝酸/硫酸/双氧水(体积比为6/1/1)、谱线波长为334.940 nm、ICP-OES仪射频功率为1300 W、雾化气流量为0.55mL·min-1、进样量为1.5 mL·min-1、等离子气体流量为10 L·min-1时,检测的IR钛质量分数相对标准偏差为1.07%,加标回收率为95.2%~105.3%。该检测方法快速、准确、灵敏度高,满足IR中钛含量的检测要求。

异戊橡胶(IR)主要分为顺式-1,4-IR,反式-1, 4-IR和3,4-IR三大类。顺式-1,4-IR是一种通用型合成橡胶,由于其分子结构和性能与天然橡胶(NR)非常相似,是合成橡胶中综合性能好的胶种之一,也是IR应用最广泛的胶种。作为NR理想的替代品,顺式-1,4-IR广泛用于民用与工业橡胶制品中。其中,钛系催化剂合成的顺式-1,4-IR中顺式-1,4-丁二烯质量分数大(0. 97~0. 98),且相对分子质量小,相对分子质量分布宽,凝胶质量分数大,易于加工。目前,世界IR生产所用催化剂以钛系催化剂为主,生产工艺均为传统的溶液聚合法。若IR中钛质量分数太大,会促进IR老化,影响产品质量。因此对IR中钛含量进行检测非常必要。

  目前常用的钛质量分数检测方法有分光光度法和硫酸铁铵滴定法,这两种方法比较成熟但检出限高、试样前处理试剂消耗量大、耗时长且耗费人力。微波能穿透试样,在短时间内提升消解液温度,使试样彻底消解,节约试样处理时间,且待测元素在密闭的消解罐内无损失。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)作为一种有效的痕量分析检测技术,具有试剂消耗量小、灵敏度高、步骤简单等优点。

  本文采用微波消解-ICP-OES法测定IR中钛质量分数,为IR中钛质量分数的便捷检测提供思路。

1 实验

1. 1 主要原材料与试剂

IR,国内某公司产品。钛标准溶液,浓度为1 000 mg·L-1,国家有色金属及电子材料分析测试中心提供。硝酸,优级纯;盐酸,分析纯;双氧水,优级纯;国药集团化学试剂有限公司产品。


1. 2 主要仪器

MASTER-16型超高压微波消解仪,8300型ICP-OES仪, 超纯水制备仪。

1. 3 测试条件

ICP-OES仪功辅助气流量为0. 2 L·min-1,冲洗时间为25 s,观测方式为水平,读数为2次。

1. 4 微波消解处理

准确称取0. 1 g(精确至0. 000 1 g)试样于消解罐中,加入酸和双氧水,充分振摇混合。采用程序升温进行微波消解,升温程序为:1,150 ℃,10min,2, 200℃,30 min至消解结束。从消解罐中取出自然冷却试样,将消解液移入50 mL容量瓶中,用三

级水定容,摇匀,待测。

2 结果与讨论

2. 1 消解体系

采用微波消解法处理橡胶时,常用的消解试剂有硝酸、盐酸、氢氟酸和硫酸等或其混合物。实验考察了4种酸类消解体系对IR的消解能力,结果见表1。从表1可以看出,硝酸/硫酸/双氧水和硝酸/氢氟酸/双氧水消解体系对试样的消解能力较好。考虑到氢氟酸对玻璃器皿有腐蚀作用,且雾化室材质对氢氟酸耐受性有一定要求,因此选择硝酸/硫酸/双氧水为作为消解体系。

表1 不同消解体系对IR的消解能力

项目        硝酸    硝酸/盐酸/双氧水   硝酸/硫酸/双氧水  硝酸/氢氟酸/双氧水

用量/mL       8         6:1:1           6:1:1         6:1:1

消解后现象  有部分沉淀   有部分沉淀        完全溶解          完全溶解

2.2 谱线波长

选择优化的谱线对待测元素的定性和定量分析尤为重要。一般应选择响应值大、信背比

小的谱线作为元素的分析谱线。选择波长为334. 940 nm的谱线作为钛元素的分析谱线。

2.3  ICP-OES仪测试条件

通过试验确定ICP-OES仪的射频功率为1 300 W,雾化器流量为0. 55 L·min-1,进样量为1. 5 mL·min-1,等离子气体流量为10 L·min-1,在此条件下测试能够获得

较大的响应值。

2.4 钛标准溶液浓度与响应值的关系

配制浓度分别为0. 01,0. 02,0. 05,0. 1,0. 5, 1,2和5 mg·L-1的钛标准溶液,测试各浓度下的响应值,再以响应值为纵坐标,以钛标准溶液浓度为横坐标做标准曲线,由此得出拟合线性回归方程y=1 036 428. 4 x+12 564. 6,相关系数为0. 9999。结果表明,钛浓度在0. 01~5. 0mg·L-1范围内与响应值的线性关系良好。

2.5 测试精密度

对标准溶液连续测试11次,以测试值标准偏差的3倍作检出限,经计算得到检出限为0.01 mg·L-1。取相同试样溶液平行测试10次,进行精密度试验,结果可以看出,IR中钛质量分数测试值的相对标准偏差(RSD)为1. 07%(一般RSD<5%为宜),说明本方法稳定性和重复性好,结果准确、可靠。

2. 6 回收率

对已知浓度钛溶液进行加标回收率试验,结果可以看出,测试值与实际值接近,回收率为95.2%~105.3%,说明测试结果比较可靠。

3 结论

通过对相关工作条件参数的优化,建立了用微波消解前处理,ICP-OES法测定IR中钛质量

分数的方法。探讨消解体系、谱线波长以及ICP-OES仪射频功率、雾化气流量、进样量对钛标准溶液谱线强度的影响,得出响应值最大时测试IR中钛质量分数的最优条件。结果表明:消解体系为硝酸/硫酸/双氧水(体积比为6/1/1),谱线波长为334. 940 nm,ICP-OES仪射频功率为1300W、雾化气流量为0. 55 mL·min-1、进样量为1. 5mL·min-1、等离子气体流量为10 L·min-1时, RSD为1. 07%,加标回收率为95.2%~105.3%,检测方法快速、准确、灵敏度高,满足测试IR中钛质量分数的要求。