淀粉-碘化鎘法測定部分水解聚丙烯酰胺濃度的影響因素分析

馬慶霞,張忠智,苗建生,關迎春,肖 盟,關月明

(1.中國石油大學化學科學與工程學院,北京102249; 2.河南油田石油工程技術研究院,河南南陽473132)

淀粉-碘化鎘法測定部分水解聚丙烯酰胺濃度的影響因素分析

馬慶霞1,張忠智1,苗建生2,關迎春1,肖 盟1,關月明1

(1.中國石油大學化學科學與工程學院,北京102249; 2.河南油田石油工程技術研究院,河南南陽473132)

采用淀粉-碘化鎘法測定部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的濃度,確定最佳測定條件為:醋酸鈉緩沖溶液p H值5.0、溴代反應時間10 min、溴水/KBr加入量1 mL;并探討了淀粉濃度對測定結果的影響,結果表明,淀粉濃度為5.0 g·L-1時,測定結果較好。

淀粉-碘化鎘法;聚丙烯酰胺;濃度

聚丙烯酰胺(HPAM)是水溶性高分子化合物,廣泛應用于采油、污水處理、造紙等領域[1,2]。

目前,測定采出液中 HPAM濃度的方法主要有淀粉-碘化鎘光度法[3]、比濁法[4]及紫外分光光度法[5]等,其中最常用的方法是淀粉-碘化鎘光度法,該法需要的儀器少、成本低、準確度高,因此得到很多油田和實驗室的采用。但緩沖溶液的p H值、各步驟反應時間、淀粉濃度、可溶性淀粉的溶解方法等對測定結果影響顯著。作者在此對淀粉-碘化鎘測定部分水解聚丙烯酰胺濃度的影響因素進行分析,以確定最佳的測定條件。

1 實驗

1.1 試劑和儀器

溴水、溴化鉀、甲酸鈉、醋酸鈉、可溶性淀粉、碘化鎘等,均為分析純。

(1)醋酸鈉緩沖溶液:將25 g水合醋酸鈉溶解在800 mL蒸餾水中,加入0.50 g水合硫酸鋁,用醋酸調p H值為5.0,稀釋至1000 mL,備用。

(2)淀粉-碘化鎘試劑:準確稱取11 g碘化鎘溶于400 mL蒸餾水中,攪拌溶解后加熱煮沸10 min,冷卻至室溫。準確稱取5 g可溶性淀粉倒入400 mL蒸餾水中,充分攪拌,間歇式加入4～5 g NaOH顆粒,直到溶液完全透明,淀粉完全溶解。用醋酸中和NaOH,使溶液pH值≤7.0,用濾紙過濾,除去不溶性支鏈淀粉。將冷卻至室溫的碘化鎘溶液和過濾后的淀粉溶液混合,加蒸餾水至1000 mL(如果煮沸后的碘化鎘溶液含有雜質,則必須和淀粉一起過濾),密封,老化24 h,備用。

(3)100 mg·L-1聚合物:在500 mL燒杯中加入大約400 mL蒸餾水(或配制清水),準確稱取0.05 g HPAM顆粒,均勻地撒入燒杯中,磁力攪拌20～30 min,待HPAM顆粒完全溶解、溶液完全透明后,轉入玻璃瓶中,用蒸餾水多次沖洗燒杯,一并轉入玻璃瓶中,至500 mL,密封,老化24 h,備用。

(4)溴水/KBr溶液:將8 mL液溴與60 g溴化鉀蒸餾水溶解并配制成500 mL的溶液。此過程在通風櫥內進行。

(5)質量分數為1%的甲酸鈉溶液,飽和溴水。

722型分光光度計,PB-10型酸度計,85-1型磁力攪拌器。

1.2 方法

在50 mL容量瓶中加入5 mL醋酸鈉緩沖溶液、適量(≤18 mL)HPAM試樣、15 mL蒸餾水,混勻后;加入1 mL溴水/KBr溶液(溴水加入量以反應10 min后溶液顯黃色或淺黃色為準,以保證溴水過量),反應10 min;加入5 mL 1%甲酸鈉溶液,反應5 min;加入5 mL淀粉-碘化鎘試劑,用蒸餾水稀釋至刻度,搖勻,靜置10 min;用分光光度計在574 nm測定吸光度值,以蒸餾水作參比。

2 結果與討論

2.1 緩沖溶液pH值對吸光度的影響

保持其它條件不變,改變醋酸鈉緩沖溶液的p H值,測定10～50 mg·L-1的 HPAM在不同p H值下的吸光度,結果見表1。

表1 不同pH值醋酸鈉緩沖溶液中HPAM的吸光度(n=2)Tab.1 Absorbance of HPAM in different sodium acetate buffer solutions(n=2)

由于p H值為3.5時,吸光度值過小,不宜測定HPAM濃度,未在表中列出。由表1可見,當p H值為4.0～4.5時,重現性不好;p H值為5.0時,吸光度值略有下降,但重現性較好;p H值＞5.0時,吸光度值過小(均低于0.01),未在表中列出。因此,適宜p H值為5.0。

2.2 溴代反應時間對吸光度的影響

加入溴水/K Br,使酰胺基發生溴代反應,以準確測量HPAM濃度。溴代反應時間對吸光度的影響見圖1。

圖1 溴代反應時間對吸光度的影響Fig.1 The effect of bromination reaction time on absorbance

由圖1可知,加入溴水/KBr反應5 min時,吸光度較低,反應不夠充分;而后隨著溴代反應時間的延長,吸光度快速升高;反應10 min后,吸光度基本不變。因此,確定最適溴代反應時間為10 min。

2.3 溴水/KBr加入量對吸光度的影響(表2)

表2 溴水/KBr加入量對吸光度的影響Tab.2 The effect of the addition amount of Br2/KBr on absorbance

由表 2可知,1 mL溴水/KBr足以使 2 mL HPAM發生溴代反應。因此,確定最適溴水/KBr加入量為1 mL。

2.4 淀粉濃度對吸光度的影響

溴代酰胺在p H值為5.0的酸性條件下與淀粉-碘化鎘反應生成藍色三碘—淀粉絡合物,此過程中可溶性淀粉是否全部溶解,對測定結果至關重要,否則會因每次淀粉溶解度不同,使數據沒有可比性。淀粉濃度對吸光度的影響見圖2。

圖2 淀粉濃度對吸光度的影響Fig.2 The effect of starch concentration on absorbance

由圖2可知,隨著淀粉濃度的增大,不同濃度HPAM的吸光度增幅增大。

2.5 最佳淀粉濃度的選擇(圖3)

圖3 HPAM濃度對吸光度的影響Fig.3 The effect of HPAM concentration on absorbance

由圖3可知,隨著淀粉濃度的增大,不同 HPAM濃度測得的吸光度值趨于一條直線;當淀粉濃度增大到3.0 g·L-1時,繼續增大淀粉濃度,擬合直線的斜率不再增大;當淀粉濃度為5.0 g·L-1時,吸光度再現性最好。故確定最佳淀粉濃度為5.0 g·L-1。

2.6 標準曲線的繪制

實驗條件下建立的HPAM濃度-吸光度標準曲線的線性好壞能直接反映實驗設計是否合理以及能否準確測定HPAM濃度。

為使標準曲線滿足實際分析工作的需要,將1000 mg·L-1HPAM儲備液用蒸餾水稀釋成不同濃度的標準溶液,分別取5 mL上述稀釋標準溶液于最佳條件下測定吸光度。以吸光度為縱坐標、c(HPAM)為橫坐標繪制HPAM的標準曲線,結果見圖4。

圖4 HPAM的標準曲線Fig.4 The standard curve of HPAM

由圖4可知,HPAM濃度在0～25 mg·L-1范圍內線性極好,擬合線性回歸方程為 y=0.008x-0.0015,相關系數 R2=0.9995。說明,在緩沖溶液pH值為5.0、溴水/KBr加入量為1 mL、溴代反應時間為10 min、淀粉濃度為5.0 g·L-1的最佳條件下,能夠準確測定HPAM濃度。

3 結論

采用淀粉-碘化鎘法測定聚丙烯酰胺濃度,確定最佳測定條件為:緩沖溶液p H值5.0、溴水/KBr加入量1 mL、溴代反應時間10 min、淀粉濃度5.0 g· L-1。其中p H值5.0既能保證 N-溴代酰胺的產出,同時又保證在除去過量Br2時不致與甲酸鈉反應。另外,在實驗操作過程中,因為HPAM在容量瓶壁上有粘附,所以,配制聚合物溶液的均勻性和顯色時容量瓶清洗的潔凈程度及所用可溶性淀粉是否完全溶解均對測定結果有較大影響。

[1] 王亞軍,唐頤,王星東.納米沸石的合成、性質、組裝及應用[J].石油化工,2002,31(3):217-223.

[2] van der Pol A J H P,Verduyn A J,van der Hooff J H C.Why are some titanium silicalite-1 samples active and others not?[J].Appl Catal A:General,1992,92(2):113-130.

[3] Scoggins M W,Miller J W.Spectrophotometric determination of water soluble organic amides[J].Anal Chem,1975,47(1):152-154.

[4] Allison J D,Wimbeley J W,Ely T L.Automated and manual method for the determination of polyacrylamides and other anionic polymers,SPE 13589[C].Proceedings of the SPE international symposium on oilfield and geothermal chemistry.Arizona:Phoenix,1985:9-11.

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Analysis of the Effects on Determination of Concentration of Partially Hydrolyzed Polyacrylamide by Starch-Cadmium Iodide Method

MA Qing-xia1,ZHANG Zhong-zhi1,MIAO Jian-sheng2,GUAN Ying-chun1,XIAO Meng1,GUAN Yue-ming1
(1.Faculty of Chemical Science and Engineering,China University ofPetroleum,Beijing102249,China; 2.Institute ofPetroleum Engineering Technology,Henan Oilf ield Company,N anyang473132,China)

The determination of concentration of partially hydrolyzed polyacrylamide by starch-cadmium iodide method was studied.The optimum conditions were obtained as follows:sodium acetate buffer p H value 5.0,the bromination reaction time 10 min and the addition amount of Br2/KBr 1 mL.The results showed that the absorbance increased with the straight chain starch concentration,and the determination result was best when the straight chain starth concentration was 5.0 g·L-1.

starch-cadmium iodide method;polyacrylamide;concentration

TQ 326.4

A

1672-5425(2010)06-0080-03

2010-03-10

馬慶霞(1984-),女,河北衡水人,碩士研究生,研究方向:石油有機化學;

張忠智,博士,教授。E-mail:jianhui2002@163.com。