牛仔靛藍染液組分快速定量分析方法探究

劉亨昌，劉幸樂，劉 麗

（1.河北中紡工程設計有限公司，河北石家莊050051；2.河北新大東紡織印染有限公司，河北石家莊052200；3.石家莊市纖維檢驗所，河北石家莊050031）

靛藍（Indigo)用于牛仔經紗染色，通常是在堿性條件下還原成隱色體鈉鹽進行染色。靛藍染色效果除受到紗線本身特性和染色機械特性等物理因素的影響外，還原體系中靛藍質量濃度、游離的燒堿質量濃度、保險粉質量濃度是影響染色效果的最主要因素[1]。因此，快速準確的對還原體系中各組分進行測試，通過這些有效數據對生產進行控制，是保證產品大貨質量穩定，避免顏色差異的必要手段，本文擬通過對靛藍染液主要組分采用多種不同實驗方法進行測定，綜合實驗數據和實驗操作性進行比較，優選出適合工廠生產的快速、高效、準確的測定方法，對工廠實際生產具有參考和指導意義。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

試劑： 靛藍染液（河北新大東紡織印染有限公司提供）、鐵氰化鉀（鄭州博軒化工產品有限公司）、保險粉（吳江市更生化工有限公司）、冰醋酸（天津渤?；ぜ瘓F供銷有限公司）、甲醛（天津開發區樂泰化工有限公司）、碘（天津賽孚瑞科技有限公司）、氫氧化鈉（天津市濱海新區創寶化工有限公司）、硫酸（石家莊鑫隆威化工有限公司），以上均為分析純，氯化鋇溶液（自配）、輕油（食用油）。

儀器： B11-1 恒溫磁力攪拌器（上海司樂儀器有限公司）、FG2-ELK 型便攜式pH 計（上海巴玖實業有限公司）、722s 型分光光度計（上海棱光技術有限公司）、滴定管、移液管、碘量瓶、容量瓶、燒瓶等。

1.2 分析測定方法

1.2.1 染液靛藍質量濃度測定

（1）分光光度計法

將1 mL 待測靛藍溶液稀釋至100 mL，用722s 型分光光度計（最大吸收波長600 nm，濃度因子設定為356）測定靛藍溶液的吸光率和透射率。然后根據靛藍質量濃度與吸光度關系曲線求得靛藍質量濃度C靛藍，即為底液靛藍質量濃度[2]。

式中：C靛藍—染液中靛藍的質量濃度，g/L；

A—吸光度；

K—吸收系數，L/（g·cm）；

L—比色皿寬度，cm。

圖1 為根據不同已知質量濃度的靛藍染液實驗測定的吸光度繪制的靛藍染液質量濃度- 吸光度曲線，當比色皿確定后，L就是一個常數，那么靛藍染液的質量濃度和吸光度呈線性關系，其斜率值為1/KL，通過測定斜率值為7，所以靛藍質量濃度C靛藍= 7A即底液靛藍染液質量濃度。

（2）震蕩間接測試

在進行震蕩實驗前，先將底液中游離的保險粉用甲醛固定住，再通過震蕩，使靛藍隱色體完全氧化，記錄消耗的空氣體積V。利用公式（2）計算底液中靛藍的質量濃度C靛藍[3]。

式中：C靛藍—染液中靛藍的質量濃度，g/L；

V—消耗空氣的體積，mL。

1.2.2 燒堿質量濃度分析測定

（1）酸堿滴定法

在錐形瓶中移入1 mL 靛藍染液，以酚酞作指示劑，用稀H2SO4滴定，當溶液由紅色變為淡藍色，即為滴定終點。同時，在實際操作中為了避免保險粉將酚酞指示劑還原造成指示劑消色問題，可先將靛藍染液稀釋，取定量稀釋后的染液再進行滴定測試或加入Matexl PA-L 將保險粉吸附結合[2]，用0.025 N 的H2SO4溶液滴定，當溶液由紅色變為淡藍色時，記下此時所耗用的硫酸溶液體積VH2SO4。

（2）pH 計測試法

用pH 計測定染液的pH 值，待顯示數據基本恒定時記錄染液的pH 計數值，并根據公式（3）換算成COH-。

式中：COH-—燒堿濃度，mol/L。

1.2.3 保險粉質量濃度分析測定

（1）直接碘滴定法

在100 mL 容量瓶內加入10 mL 甲醛，10 mL BaCl2，10 mL 染液，加水稀釋至100 mL，搖勻靜止后取20 mL 上層清液和4~5 mL 5 N 的醋酸，以0.01 N 的碘標準溶液滴定，讀出此時消耗碘標準溶液的體積V碘乘以0.22 即為保險粉質量濃度C保險粉[4]。

式中：C保險粉— 保險粉質量濃度，g/L；

V碘— 碘標準溶液體積，mL。

注： 甲醛為易揮發有毒性氣體，建議在通風柜操作，避免呼入中毒。

（2）鐵氰化鉀Ⅲ滴定法

在50 mL 小燒杯中加入0.1 mol /L 的燒堿溶液，再加入少量食用油封住液面。移取10 mL底液從油層以下加入小燒杯。開啟磁力攪拌棒，轉速以使小燒杯中的液體不與空氣接觸為宜。用針頭吸管吸取0.05 mol/L 的鐵氰化鉀Ⅲ溶液5.0 mL，將針頭插入油層以下，慢慢滴定，待小燒杯中的顏色為藍黑色，且顏色不再發生變化為止。

原理： 鐵氰化鉀Ⅲ可以將靛藍氧化，使底液顏色變為藍色。而被氧化的靛藍又與底液中游離保險粉發生反應，生成還原態，鐵氰化鉀不斷加入，底液顏色重復變化，保險粉逐漸被消耗掉，直至藍色保持不變，即達到滴定終點[5]。

式中：C保險粉— 保險粉質量濃度，g/L；

V鐵氰化鉀— 消耗的鐵氰化鉀體積，mL。

（3）氧吸法

室溫條件下，在燒瓶內注入200 mL 蒸餾水，同時加入5 g/L 發泡劑，再加入50 mL 染液，蓋上橡皮塞，放開橡皮管上的彈簧夾。將彈簧夾旋緊并激烈搖動燒瓶2 min，使底液中的保險粉充分氧化，以消耗燒瓶內的氧氣（過程應避免手溫影響），將移液管浸入備有冷水的燒杯中，放松彈簧夾，由于瓶內氧氣被消耗從而造成部分真空，使水向移液管內吸入以平衡壓力，記錄進入移液管內水的體積V水（即為消耗燒瓶內空氣中氧氣的體積V氧氣）[3]。

反應方程式為：

根據方程式可知：

50 mL 染液中的保險粉重量為：

式中：V氧氣—消耗的氧氣，mL；

V水— 進入移液管內水的體積，mL；

C保險粉— 保險粉質量濃度，g/L。

（4）ORP 電位測試法

用電位計檢測染液的電位值，待顯示數據基本恒定時記錄染液的電位值（mV）。靛藍染料的還原電位為- 750 mV，因此測量的電位值必須在- 750 mV 以上。然而，電位值一旦超過- 800 mV，則容易出現過還原現象，隱色體對紗線吸附能力開始降低，紗線得色量淺，靛藍上染率低。因此可結合染液保險粉測試和還原電位對生產同時進行控制[6-7]。

（5）玻璃片試驗法

將染液滴在玻璃片（或濾紙上），根據染液由黃色轉為藍色的時間而測知。根據機組不同情況，一般在10~20 s[2]。

2 結果與討論

以下標準濃度的選定是根據工廠牛仔靛藍染色規?；a，在保證染色產品質量時的各組分合理區間范圍，組分標準濃度測定對工廠實際生產具有數據支持和指導意義。

2.1 染液靛藍質量濃度測定分析討論

上述靛藍染液質量濃度測定方法測定標準溶液的分析結果如表1 所示。

從表1 測試數據比較可以得出，分光光度計法相比震蕩間接測試法測定染液靛藍質量濃度數值更接近標準溶液質量濃度，相比較而言更加準確，精確度高。靛藍的質量濃度用分光光度計法進行測定，只要找出最大吸收波長，科學的設定好濃度因子，利用分光光度計法可直接將靛藍染液稀釋100 倍進行測試，可根據測得的濃度- 吸光度曲線，直接讀取吸光度對應的染液靛藍質量濃度，測試值× 0.01 即為靛藍的質量濃度。此方法快速準確，完全適應工廠生產需求。

表1 不同測定方法對靛藍染液質量濃度測定的比較 g/L

相比而言，震蕩間接測試方法，操作相對復雜，對測試結果的影響因素較多，數據不夠準確且耗時較長，因此在實際生產中采用較少。

2.2 燒堿質量濃度測定分析討論

上述燒堿質量濃度測定方法測定標準溶液的分析結果如表2 所示。

表2 不同測定方法對燒堿質量濃度測定的比較 g/L

由表2 的測定結果可知，酸堿滴定法測定的結果與實際值基本吻合。酸堿滴定的終點是通過酚酞指示劑的顏色變化來確定，滴定結果基本不受到靛藍顏色的影響；但染液中存在保險粉的分解，導致染液中存在Na2SO3，消耗微量的硫酸，從而在理論上對測試結果有一定影響。直接通過pH 計可快速準確測試出染液的pH 值，避免了酸堿滴定法所引起的誤差，其結果真實可靠[8]。因此可結合酸堿滴定和pH 計兩種方法的測試對生產進行控制。

2.3 保險粉質量濃度測定分析討論

液的分析結果如表3 所示。

上述保險粉質量濃度測定方法測定標準溶

表3 不同測定方法所得保險粉質量濃度 g/L

表3 只列出了前四種保險粉質量濃度的測定方法實驗數據，關于玻璃片實驗測定更主要的是依賴測試人員鑒定技能的熟練程度，因為終點不夠明顯清晰，一旦掌握好這個方法，就能非常準確、快速地做出判斷。此方法要求測試人員具備豐厚的經驗，主觀因素影響較大，因此工廠極少采用[3]。

由表3 幾種保險粉質量濃度測定方法測得數據比較可知，鐵氰化鉀法測定結果和氧化還原電位法測定結果相比其他兩種方法更接近標準質量濃度。分析結果主要原因是由于直接碘滴定化學法滴定終點判斷有一定的誤差。到達滴定終點時，溶液顏色應由淺黃色變為藍黑色，但染液中存在靛藍染料時，靛藍本身就有顏色，這使得終點控制存在一定誤差，所以該方法的準確性不能保證。同時，由于該方法在酸性條件下進行且保險粉易分解，測試需要時間較長，同時滴定步驟較復雜，造成染液測定的滯后，不能及時控制生產，故工廠采用較少。

鐵氰化鉀作為滴定試劑具有諸多優點。其純度高，當量大，不吸潮，鐵氰化鉀溶液避光保存很穩定，0.1 N K3Fe(CN)6溶液五周內濃度不變。其堿性溶液在較高溫度下也很穩定，能抑制保險粉的自分解。鐵氰化鉀Ⅲ滴定法相比其他定量測定保險粉質量濃度的方法具有快速、準確、操作簡便和成本低的特點[9]。

電位滴定法的終點控制則是通過電位突躍來實現，這就消除了化學法中靛藍顏色干擾而產生的誤差。測量氧化還原電勢是一種檢測保險粉是否存在的簡單方法，但是該電位不能提供保險粉質量濃度的實際數[4]。對保險粉進行定量分析時，如果有氧氣（空氣中）存在，就不推薦使用該容量分析方法。

3 結論

綜上所述，靛藍染色較為復雜，染色過程難以控制。在生產中對顏色質量的影響因素較多，因此通過快速有效的方法對染液組分進行檢測，是保證質量穩定的前提。

（1）使用分光光度計對染液靛藍進行測試，可快速、有效的調整靛藍母液的補充速率，準確度較高，是實際生產中測定染液靛藍質量濃度的較佳方法；

（2）酸堿滴定法測定燒堿質量濃度較為簡單，測試數據相對準確，結合pH 計輔助使用，更有利于對顏色深度和色光進行控制和調整，在實際生產中運用較為普遍；

（3）鐵氰化鉀滴定法測定保險粉質量濃度用時較短，染液中游離的保險粉揮發少，測試數據較為接近原始值，配合輔助使用ORP 電位計，更能精確掌握染液組分中保險粉質量濃度的變化，有利于控制生產。

[1]李彬，葉國銘.染液中保險粉濃度的控制及實現[J].山東紡織科技，2009（3）: 18-21.

[2]伍新炎.靛藍染色中三種物料的實用檢測方法[J].印染，1995，21（10）: 32-34.

[3]曾林泉.還原染料軋染保險粉含量的快速測定[J].印染，2005（9）: 65-66.

[4]董曉麗，何鐘林，程菊花，胡兆勇.電位法測定靛藍染液中堿度及保險粉含量[J].大連輕工業學院學報，1998，17（1）: 17-19.

[5]唐增榮，張玨敏.牛仔布染整加工中靛藍染料及助劑的測試分析[J].印染助劑，1996，13（1）:29-31.

[6]范立昌，石立華，劉世琛.青黛膜劑的制備和靛藍的含量測定[J].藥物研究，2008，5（7）:24-25.

[7]陳立秋.印染工藝過程亟需pH 值在線測控[J].紡織導報，2006（3）: 31-33.

[8]曾林泉.纖維織物上靛藍濃度的測定[J].染料工業，2002，39（5）: 46-47.

[9]劉叢林，何文雪，王偉，等.靛藍染液組分濃度在線檢測系統[J].青島大學學報，2010，25（4）: 21-23.