火焰光度計(jì)法測(cè)定硅溶膠中鈉離子的含量

火焰光度計(jì)法測(cè)定硅溶膠中鈉離子的含量

硅溶膠是一種無(wú)定形硅顆粒的水分散液，其分子公式為sio2。'nh2o。不同類型、不同性質(zhì)的硅溶膠的應(yīng)用領(lǐng)域不同。影響硅溶膠性質(zhì)的因素很多,鈉離子含量是其中之一。若鈉離子含量太高,則硅溶膠的耐水性、物理強(qiáng)度、成膜性都會(huì)變差,從而影響它在鑄造、催化劑等領(lǐng)域的應(yīng)用。如用于彩色顯像管時(shí),若鈉離子和鉀離子含量過(guò)高會(huì)嚴(yán)重影響顯像管的色彩和使用壽命。所以硅溶膠中鈉離子含量的準(zhǔn)確測(cè)定很重要。目前測(cè)定鈉離子的方法主要有:鈉離子濃度計(jì)法、離子色譜法、火焰光度計(jì)法。其中第一種方法的實(shí)驗(yàn)儀器準(zhǔn)確度較差,測(cè)得結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較大;若硅溶膠為銨型,則測(cè)試結(jié)果無(wú)意義。后兩種方法需配制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液,實(shí)驗(yàn)過(guò)程較復(fù)雜且離子色譜儀器昂貴。準(zhǔn)確測(cè)定硅溶膠中鈉離子含量的關(guān)鍵是硅溶膠樣品的前處理,若處理不當(dāng),則不能將鈉離子從膠粒中全部釋放,導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)重復(fù)性不好,且結(jié)果偏低。為此本實(shí)驗(yàn)對(duì)普通堿性鈉型硅溶膠樣品的前處理方法進(jìn)行了探討。且用自制的已知鈉離子濃度的硅溶膠對(duì)該法進(jìn)行了驗(yàn)證。1實(shí)驗(yàn)1.1實(shí)驗(yàn)試劑和儀器硅粉:純度99.99%,沛縣天納源硅材料有限公司;氫氧化鈉:AR,沈陽(yáng)化學(xué)試劑廠;氫氟酸(HF):AR,沈陽(yáng)化學(xué)試劑廠;氯化鈉:基準(zhǔn)試劑,上?；茖?shí)驗(yàn)器材有限公司;消解液:主要成分為硝酸,自制。分析天平:感量0.0001g,AL204型,梅特勒-托利多儀器公司;馬福爐:SX-2.5-10型,上海圣欣科學(xué)儀器有限公司;火焰光度計(jì):FP640型,發(fā)射型,上海傲譜分析儀器有限公司;旋轉(zhuǎn)黏度計(jì):NDJ-1,上海天平儀器廠;精密pH計(jì):PHS-3C型,上海雷磁儀器廠;比重計(jì):KEM型,上海圖新電子科技有限公司。1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程1.2.1鈉離子標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制準(zhǔn)確稱取經(jīng)550℃烘至恒定質(zhì)量的氯化鈉0.5850g,溶于去離子水中,定容至1L,得濃度為0.01mol/L的鈉離子標(biāo)準(zhǔn)溶液,記為PNa2溶液;再將PNa2標(biāo)準(zhǔn)溶液分別稀釋10倍和100倍,得到PNa3、PNa4鈉離子標(biāo)準(zhǔn)溶液。1.2.2酸、消解液的量之比[nsio用聚乙烯瓶準(zhǔn)確稱取一定量硅溶膠,按SiO2、氫氟酸、消解液的量之比[n(SiO2)∶n(HF)∶n(消解液)]為1∶6∶0.5依次加入氫氟酸和消解液,常溫反應(yīng)15min;用去離水稀釋至一定倍數(shù)。1.2.3ph值的測(cè)定硅溶膠中的鈉離子含量常以Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[w(Na2O)]計(jì)。待火焰光度計(jì)預(yù)熱穩(wěn)定后,分別用PNa3、PNa4鈉離子標(biāo)準(zhǔn)溶液調(diào)滿標(biāo)(窗口顯示100)和調(diào)低標(biāo)(窗口顯示0),重復(fù)調(diào)試直至滿標(biāo)和低標(biāo)顯示值穩(wěn)定。測(cè)定按1.2.2節(jié)步驟處理的稀釋液,記錄顯示值,按式1計(jì)算w(Na2O)。式中,N為樣品的稀釋倍數(shù);ρ為硅溶膠的密度,g/cm3;M為氧化鈉的相對(duì)分子質(zhì)量。1.2.4硅溶膠的sio將硅粉、水和氫氧化鈉按一定質(zhì)量比放入反應(yīng)器中,攪拌反應(yīng)約5h,直至無(wú)反應(yīng)殘?jiān)?得硅溶膠A～D號(hào)樣品;稱量并測(cè)其SiO2含量。按式2計(jì)算w(Na2O)。式中,mNaOH為反應(yīng)時(shí)加入氫氧化鈉的質(zhì)量,g;mSi-sol為反應(yīng)所得硅溶膠的總質(zhì)量(因反應(yīng)后容器內(nèi)無(wú)固體的硅粉,所以硅粉轉(zhuǎn)換率視為100%),g;去離子水的質(zhì)量均為850g。2結(jié)果與討論2.1消解液加入量的影響鈉離子作為膠體穩(wěn)定劑被吸附在二氧化硅膠粒的表面,形成Si—O—Na結(jié)構(gòu),也有部分鈉離子在膠粒的生成過(guò)程中被夾雜進(jìn)膠粒內(nèi)部;所以,若樣品處理不好,將導(dǎo)致鈉離子不能完全游離,使測(cè)定結(jié)果偏低。二氧化硅膠粒與氫氟酸在水相的反應(yīng)方程式為:氟硅酸是配合鹵酸,中心離子Si4+與弱酸根F-形成了較強(qiáng)的配位鍵,迫使H+移到絡(luò)離子的外界,變得容易電離,酸性增強(qiáng),體系易生成氟硅酸鈉。氟硅酸鹽中以鈉鹽的溶解度最低,25℃時(shí)氟硅酸鈉在水中的溶解度只有0.78%;為使待測(cè)鈉離子完全游離,體系中需另外加入消解液。消解液的加入量對(duì)w(Na2O)的影響見圖1,處理?xiàng)l件為n(SiO2)∶n(HF)=1∶6,常溫反應(yīng)15min。由圖1可見,n(消解液)∶n(SiO2)達(dá)到0.5后,w(Na2O)值變化很小。表1是5種處理?xiàng)l件對(duì)硅溶膠B樣品w(Na2O)值的影響。由表1可見,測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差都小于1%,平均值0.379%與B樣品的理論w(Na2O)值0.380%的相對(duì)誤差為0.105%;即1#～5#處理?xiàng)l件均可。綜上所述,樣品的前處理?xiàng)l件選擇n(SiO2)∶n(HF)∶n(消解液)=1∶6∶0.5、常溫反應(yīng)15min。2.2氯溶膠b標(biāo)準(zhǔn)曲線稀釋倍數(shù)會(huì)影響硅溶膠的電離程度,以前的方法對(duì)稀釋倍數(shù)很敏感,對(duì)測(cè)試結(jié)果影響很大。FP640型火焰光度計(jì)在鈉離子濃度為10-3～10-4mol/L的范圍內(nèi)線性很好。將硅溶膠B按1#條件處理后,用去離子水稀釋200、300、400、500、600倍,測(cè)定其w(Na2O)值,結(jié)果見表2。倘若鈉離子沒(méi)有全部釋放,稀釋倍數(shù)會(huì)對(duì)測(cè)定值有明顯影響。由表2可見,稀釋倍數(shù)對(duì)w(Na2O)值測(cè)定結(jié)果無(wú)明顯影響,但顯示值必須落在0～100的量程范圍內(nèi)。因此,在實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)中只需測(cè)一個(gè)稀釋倍數(shù)的樣品即可,為快速測(cè)定創(chuàng)造了條件。該實(shí)驗(yàn)同時(shí)也證明1.2.2節(jié)的前處理方法是可行的。2.3測(cè)定2#方法2#法對(duì)已知w(Na2O)值的硅溶膠A～D號(hào)樣品(基本參數(shù)列于表3)按1#方法處理,稀釋300倍后測(cè)定其w(Na2O)值,結(jié)果見表3。由表3可見,w(Na2O)的測(cè)定值相對(duì)誤差及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差都很小,從而證明1#處理方法及測(cè)試方法都是可行的。3準(zhǔn)確度和精密度普通堿性鈉型硅溶膠樣品的較佳前處理方法是將SiO2、氫氟酸和消解液按1∶6∶0.5的量之比混合,常溫反應(yīng)15min;再稀釋200～600倍,然后采用火焰光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。采用此法測(cè)得的Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的準(zhǔn)確度和精密度均較好。該法也適用于其它類型硅溶膠中Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)試,但需預(yù)先粗測(cè)確定合適的稀釋倍數(shù)以保證顯示值落在0～100的量程