快速檢測木質(zhì)活性炭碘吸附值方法研究

袁先群，侯格妮，張 敏，張麗平，楊 浩，吳建霞，王 莉*

（貴州茅臺酒股份有限公司 質(zhì)量部，貴州 仁懷 564501）

活性炭是一種多孔性的含碳物質(zhì)，它具有高度發(fā)達的孔隙構造，是一種極優(yōu)良的吸附劑，每克活性炭的吸附面積更相當于八個網(wǎng)球場之多[1-2]。而其吸附作用是由物理性吸附力與化學性吸附力共同達成，由于六環(huán)碳的不規(guī)則排列，造成了活性炭多微孔體積及高表面積的特性[3-4]。活性炭質(zhì)量的高低可通過碘吸附值、亞甲藍吸附值、灰分、強度等指標來反映[5-6]，其中碘吸附值是衡量活性炭質(zhì)量高低的一個極為重要的技術指標[7]，碘吸附值反映的是活性炭微孔的能力[8]，一般來說，碘吸附值越高，說明活性炭的吸附能力越強[9-10]。

木質(zhì)活性炭碘吸附值檢測依據(jù)為GB/T 12496.8—2015《木質(zhì)活性炭試驗方法碘吸附值的測定》（以下簡稱烘箱法），但該方法樣品處理時間較長，尤其是烘干環(huán)節(jié)較費時，影響檢測效率[11]。因此，研究碘吸附值快速簡便的檢測方法具有重要的現(xiàn)實意義。傳統(tǒng)烘箱法采用空氣對流方式對樣品進行加熱，干燥失重的原理，需要較長的干燥時間。而與之相比，鹵素水分測定儀采用熱失重分析法原理（以下簡稱鹵素法），其中的樣品吸收鹵素燈發(fā)散出紅外輻射，可以達到快速加熱的效果[12]。梅特勒-托利多鹵素水分分析儀可以提供快速、準確、可靠的水分測定，對大多數(shù)物質(zhì)的水分含量都能獲得很好的檢測結果[13-15]。

本試驗通過對GB/T 12496.8—2015《木質(zhì)活性炭試驗方法碘吸附值的測定》[11]中碘吸附值的測定方法進行改進，并嘗試使用鹵素快速水分測定儀測得水分值來折算干基碘吸附值，以期滿足碘吸附值檢測的要求，簡化實驗步驟，大大縮短樣品處理時間，從而可以有效提高檢測效率[14]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

3個不同批次的木質(zhì)活性炭：重慶飛洋活性炭制造有限公司；碘（分析純）、碘化鉀（分析純）、可溶性淀粉（分析純）、鹽酸（分析純）、硫代硫酸鈉（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

DGX-9143B-1電熱鼓風干燥箱：上海福瑪實驗設備有限公司；HY-2調(diào)速多用振蕩器：金壇市科析儀器有限公司；ME204電子天平、HX204鹵素快速水分測定儀：梅特勒-托利多有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

活性炭用在（150±5）℃條件下干燥至恒質(zhì)量，備用[16-18]。

1.3.2 預實驗

分別稱取0.400 0 g、0.600 0 g、0.700 0 g、0.800 0 g、1.000 0 g、1.200 0 g活性炭樣品（精確至0.000 1 g），依據(jù)GB/T 12496.8—2015中D校正因子表進行預實驗，完成單因子實驗以確定樣品質(zhì)量范圍。稱取上述試樣約0.7 g于干燥的250 mL碘量瓶中，記錄稱取的試樣量。

1.3.3 活性炭快速水分檢測方法的建立、驗證

以烘箱法測定的樣品水分（10.77%）為標準，用鹵素水分測定儀HX204（以下簡稱鹵素法），新建活性炭快速測定方法，設定主測定參數(shù)，溫度為130 ℃，加熱模式為標準，關機模式為1 mg/32 s。分別采用烘箱法、鹵素法測定3種活性炭樣品的水分含量。

1.3.4 濕潤及過濾

準確加入質(zhì)量分數(shù)5%的鹽酸10.0 mL，輕微搖動，使試樣濕潤，放在電爐上加熱至沸，保持微沸（30±2）s，冷卻至室溫；加入已標定的0.1 mol/L碘標準溶液50.0 mL，塞好瓶蓋，立即在360 r/min搖床振蕩15 min，用單層中速濾紙迅速過濾，棄去前幾毫升，收集后面的濾液備用。

1.3.5 滴定

吸取10.0 mL濾液放入裝有100 mL蒸餾水的250 mL碘量瓶中，用已標定的0.1 mol/L硫代硫酸鈉標準溶液滴定，當溶液呈淡黃色時，加2 mL淀粉指示劑，繼續(xù)滴定至溶液變成無色，記錄體積。

2 結果與分析

2.1 預實驗

表1 校正因子確定質(zhì)量范圍Table 1 Calibration factor to determine the quality range

由表1可知，試樣質(zhì)量范圍在0.6～1.0 g時，校正因子在可查詢范圍內(nèi)，因此選擇后續(xù)烘箱法的活性炭質(zhì)量在0.6～1.0 g范圍內(nèi)。

2.2 活性炭快速水分檢測方法的建立

2.2.1 參數(shù)設定

以烘箱法測定的樣品水分（10.77%）為標準[17-18]，用鹵素水分測定儀HX204（以下簡稱鹵素法），新建活性炭快速測定方法，設定主測定參數(shù)，溫度為130 ℃，加熱模式為標準，關機模式為1 mg/32 s。

2.2.2 方法驗證

新建活性炭測定參數(shù)，以3種樣品對新建的活性炭方法進行驗證，結果見表2。

表2 烘箱法與鹵素法的水分數(shù)據(jù)對比Table 2 Comparison of moisture data between oven method and halogen method

依據(jù)GB/T 12496.8—2015《木質(zhì)活性炭試驗方法碘吸附值的測定》中的要求，其相對標準偏差均≤3%，對3組樣品分別進行6次測定，鹵素法和烘箱法的試驗結果相對標準偏差均＜3%；用單因素方差分析法比較兩組數(shù)據(jù)差異，并采用F檢驗判斷兩者的差異性程度，顯示兩種方法無顯著性差異[19-22]。最終確定活性炭方法參數(shù)為：主測定參數(shù)，溫度為130 ℃，加熱模式為標準，關機模式為1 mg/32 s。

2.3 碘吸附值的測定

2.3.1 烘箱法碘吸附值

按照國標GB/T 12496.8—2015《木質(zhì)活性炭試驗方法碘吸附值的測定》步驟制備樣品，以下簡稱烘箱法，對烘干后的樣品進行12次重復性試驗。計算碘吸附值，結果見表3。

表3 烘箱法測定碘吸附值結果Table 3 Determination results iodine adsorption value by oven method

2.3.2 鹵素水分法碘吸附值

按照試驗步驟直接稱量未烘干樣品，同樣進行12次重復性試驗，計算碘吸附值，結果見表4。

表4 鹵素水分法測定碘吸附值結果Table 4 Determination results of iodine adsorption value by halogen moisture method

分別用兩種方法對碘吸附值進行檢測，由表3、表4可知，烘干的樣品碘吸附值平均值為629.92 mg/g，未烘干樣品干基碘吸附值平均值為617.77 mg/g，兩者的相對標準偏差為1.36%，符合國標GB/T 12496.8—2015中碘吸附值平行試樣間的相對標準偏差≤3%的要求。

2.3.3 驗證試驗

為進一步驗證方法的準確性，對12個樣品用兩種方法開展試驗測定碘吸附值，測定結果見表5。

表5 烘箱法和鹵素水分法碘吸附值相對標準偏差Table 5 Relative standard deviation of iodine adsorption values by oven method and halogen moisture method

由表5可知，用兩種方法測定的碘吸附值相對標準偏差＜3%。由于不同物質(zhì)具有不同的吸熱性能，顏色和性質(zhì)如光滑樣品表面通常可反射更多的紅外輻射，即吸收的熱量更少，因此樣品溫度也就上升的更慢，因此，測得的水分含量會較恒重法略低。試驗采用F檢驗，得出兩種方法檢測結果無顯著性差異，可以認為兩種方法均能滿足碘吸附值檢測。

3 結論

GB/T 12496.8—2015中木質(zhì)活性炭碘吸附值檢測步驟繁雜，烘干耗時較長，大約需要5 h，新方法對烘干環(huán)節(jié)進行改進，改進后的水分測定只需要10 min左右，大大縮短了試驗時間，步驟更為簡化，所測結果的精度高，準確性好，可以有效提高檢測效率。

試驗分別用烘箱法和鹵素法對12個樣品的碘吸附值進行檢測，樣本量較小，后續(xù)可以加大實驗樣本量，再利用雙樣本T檢驗的方法確定烘箱法與鹵素法檢測結果的差異，驗證兩種檢測方法的結果是否一致；活性炭吸水性強，在空氣中暴露時間太長會影響樣品結果的真實性，建議后續(xù)檢測過程中對樣品的采集及測定盡快完成；活性炭吸附性強，不同的稱量工具會產(chǎn)生不同的吸附效果，要注意在活性炭稱量過程采用合適的工具，以免對實驗結果造成影響。