ICP-OES法測定炭黑原料油中的鉀和鈉

段毅平

(山西省工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，山西 太原 030032)

炭黑是現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的重要產(chǎn)品之一，目前全世界的炭黑年產(chǎn)量已高達(dá)400余萬t，絕大部分用于橡膠工業(yè)，其余則用于油墨、涂料及國民經(jīng)濟(jì)的其他行業(yè)中。炭黑是多個(gè)原子團(tuán)聚在一起形成鏈枝狀的聚集體，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。炭黑結(jié)構(gòu)是炭黑的重要特性之一，結(jié)構(gòu)高低直接影響混煉膠料的加工性能、硫化膠的機(jī)械性能和導(dǎo)電性。通常用DBP(鄰苯二甲酸二丁酯)吸收值來表示炭黑結(jié)構(gòu)的高低。結(jié)構(gòu)越高，吸收值越高；反之，結(jié)構(gòu)越低，吸收值越低。工藝上主要用堿金屬鹽(碳酸鉀)來控制DBP的高低，生產(chǎn)中加入添加劑的量和原料油(蒽油和煤焦油)本身含有的鉀、鈉含量的總量是一定的。原料油由于生產(chǎn)工藝的原因，一定程度上都含有鉀、鈉離子。對于高結(jié)構(gòu)產(chǎn)品來說，如果原料油中本身就含有大量的堿金屬離子，生產(chǎn)中加入添加劑的劑量相對較少，產(chǎn)品可控性變差，產(chǎn)品質(zhì)量波動加大，將很難生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。因此，生產(chǎn)高結(jié)構(gòu)炭黑產(chǎn)品必須對原料油中鉀、鈉含量進(jìn)行檢測和控制[1]，將含有不同比例鉀、鈉的原料油分類貯存，以用于不同的生產(chǎn)目的。

目前，測定炭黑原料油中鉀、鈉含量主要采用火焰光度法[2]和原子吸收分光光度計(jì)法[3]。這兩種方法都存在一定的電離干擾[4-6]。ICP-OES法可以同時(shí)測定炭黑原料油中鉀、鈉含量，靈敏度高，基體效應(yīng)低，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍寬，具有良好的精密度和重復(fù)性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

利曼Prodigy7等離子發(fā)射光譜儀；酸化器；TM-0912陶瓷纖維馬弗爐(最高溫度1 200 ℃)；電熱板；石英蒸發(fā)皿(90 mm)；石英容量瓶(100 mL)；梅特勒ME104電子天平；美誠超純水器。

鉀、鈉、錳標(biāo)準(zhǔn)儲備液(1 000 mg/L，有證標(biāo)物)。

1.2 樣品處理

稱取已混合均勻的樣品10 g(稱準(zhǔn)至0.1 mg)，置于石英蒸發(fā)皿中，于電熱板上低溫加熱，待油氣出現(xiàn)時(shí)，用無灰濾紙點(diǎn)火，并降低電熱板溫度，使樣品緩慢燃燒，待燃燒即將停止時(shí)，再逐漸提高電熱板溫度，繼續(xù)碳化至不冒煙為止，然后移入馬弗爐內(nèi)于800 ℃下恒溫灼燒2 h，待高溫爐溫度降到200 ℃以下時(shí)取出石英蒸發(fā)皿，冷卻后加入5 mL鹽酸溶液，在電熱板上加熱溶解灰分，并將酸液蒸發(fā)到1 mL左右后轉(zhuǎn)移到100 mL石英容量瓶中，用2%硝酸稀釋至刻度，搖勻。

1.3 測定條件

儀器點(diǎn)火穩(wěn)定后，用質(zhì)量濃度為50 mg/mL的錳標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行光源位置校準(zhǔn)，通過自動尋峰，波長校準(zhǔn)，確定被測元素最佳曝光位置，優(yōu)化儀器參數(shù)。

1.4 繪制工作曲線

分別移取1.1中鉀、鈉母液5.00 mL于100 mL石英容量瓶中，用2%的硝酸稀釋至100 mL，備用。此溶液質(zhì)量濃度為50 μg/mL。按第40頁表1體積移取該溶液，用2%的硝酸稀釋至100 mL,進(jìn)行工作曲線測定。

表1 K、Na標(biāo)準(zhǔn)系列溶液質(zhì)量濃度

2 結(jié)果及討論

2.1 樣品前處理優(yōu)化

1) 樣品處理和配制標(biāo)樣所用器皿和稀釋溶液均不應(yīng)含有K、Na元素，普通玻璃器皿含有K、Na元素，故采用石英蒸發(fā)皿和容量瓶，為了保證測定結(jié)果穩(wěn)定，所采用的試劑鹽酸、硝酸均為優(yōu)級純，并經(jīng)酸化處理。

2) K、Na標(biāo)準(zhǔn)曲線(見圖1)

圖1 K、Na標(biāo)準(zhǔn)曲線

3) 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 方法優(yōu)勢

測定鉀、鈉通常根據(jù)含量高低分別采用火焰光度法和原子吸收分光光度計(jì)法，火焰光度法適合于含K、Na量較高的樣品的測定，原子吸收分光光度計(jì)測K、Na基體干擾大，且二者互相影響，只能分別測定。另外，由于來源不同，炭黑原料油中K、Na含量波動較大，對于含量較低的樣品，原子吸收分光光度計(jì)就顯得無計(jì)可施。ICP-OES測定炭黑原料油中K、Na含量，測定范圍寬，基體干擾少，而且可以同時(shí)測定其中其他金屬元素，準(zhǔn)確快速。

3 結(jié)語

加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)和線性方程、相關(guān)系數(shù)及樣品的測定結(jié)果表明，本方法快速可行，能準(zhǔn)確測定炭黑原料油中K、Na含量，對于大批量樣品的測試優(yōu)勢尤其明顯。