火焰光度计法测定硅溶胶中钠离子的含量

火焰光度计法测定硅溶胶中钠离子的含量

硅溶胶是一种无定形硅颗粒的水分散液，其分子公式为sio2。'nh2o。不同类型、不同性质的硅溶胶的应用领域不同。影响硅溶胶性质的因素很多,钠离子含量是其中之一。若钠离子含量太高,则硅溶胶的耐水性、物理强度、成膜性都会变差,从而影响它在铸造、催化剂等领域的应用。如用于彩色显像管时,若钠离子和钾离子含量过高会严重影响显像管的色彩和使用寿命。所以硅溶胶中钠离子含量的准确测定很重要。目前测定钠离子的方法主要有:钠离子浓度计法、离子色谱法、火焰光度计法。其中第一种方法的实验仪器准确度较差,测得结果相对标准偏差较大;若硅溶胶为铵型,则测试结果无意义。后两种方法需配制系列标准溶液,实验过程较复杂且离子色谱仪器昂贵。准确测定硅溶胶中钠离子含量的关键是硅溶胶样品的前处理,若处理不当,则不能将钠离子从胶粒中全部释放,导致测量数据重复性不好,且结果偏低。为此本实验对普通碱性钠型硅溶胶样品的前处理方法进行了探讨。且用自制的已知钠离子浓度的硅溶胶对该法进行了验证。1实验1.1实验试剂和仪器硅粉:纯度99.99%,沛县天纳源硅材料有限公司;氢氧化钠:AR,沈阳化学试剂厂;氢氟酸(HF):AR,沈阳化学试剂厂;氯化钠:基准试剂,上海化科实验器材有限公司;消解液:主要成分为硝酸,自制。分析天平:感量0.0001g,AL204型,梅特勒-托利多仪器公司;马福炉:SX-2.5-10型,上海圣欣科学仪器有限公司;火焰光度计:FP640型,发射型,上海傲谱分析仪器有限公司;旋转黏度计:NDJ-1,上海天平仪器厂;精密pH计:PHS-3C型,上海雷磁仪器厂;比重计:KEM型,上海图新电子科技有限公司。1.2实验过程1.2.1钠离子标准溶液的配制准确称取经550℃烘至恒定质量的氯化钠0.5850g,溶于去离子水中,定容至1L,得浓度为0.01mol/L的钠离子标准溶液,记为PNa2溶液;再将PNa2标准溶液分别稀释10倍和100倍,得到PNa3、PNa4钠离子标准溶液。1.2.2酸、消解液的量之比[nsio用聚乙烯瓶准确称取一定量硅溶胶,按SiO2、氢氟酸、消解液的量之比[n(SiO2)∶n(HF)∶n(消解液)]为1∶6∶0.5依次加入氢氟酸和消解液,常温反应15min;用去离水稀释至一定倍数。1.2.3ph值的测定硅溶胶中的钠离子含量常以Na2O的质量分数[w(Na2O)]计。待火焰光度计预热稳定后,分别用PNa3、PNa4钠离子标准溶液调满标(窗口显示100)和调低标(窗口显示0),重复调试直至满标和低标显示值稳定。测定按1.2.2节步骤处理的稀释液,记录显示值,按式1计算w(Na2O)。式中,N为样品的稀释倍数;ρ为硅溶胶的密度,g/cm3;M为氧化钠的相对分子质量。1.2.4硅溶胶的sio将硅粉、水和氢氧化钠按一定质量比放入反应器中,搅拌反应约5h,直至无反应残渣,得硅溶胶A～D号样品;称量并测其SiO2含量。按式2计算w(Na2O)。式中,mNaOH为反应时加入氢氧化钠的质量,g;mSi-sol为反应所得硅溶胶的总质量(因反应后容器内无固体的硅粉,所以硅粉转换率视为100%),g;去离子水的质量均为850g。2结果与讨论2.1消解液加入量的影响钠离子作为胶体稳定剂被吸附在二氧化硅胶粒的表面,形成Si—O—Na结构,也有部分钠离子在胶粒的生成过程中被夹杂进胶粒内部;所以,若样品处理不好,将导致钠离子不能完全游离,使测定结果偏低。二氧化硅胶粒与氢氟酸在水相的反应方程式为:氟硅酸是配合卤酸,中心离子Si4+与弱酸根F-形成了较强的配位键,迫使H+移到络离子的外界,变得容易电离,酸性增强,体系易生成氟硅酸钠。氟硅酸盐中以钠盐的溶解度最低,25℃时氟硅酸钠在水中的溶解度只有0.78%;为使待测钠离子完全游离,体系中需另外加入消解液。消解液的加入量对w(Na2O)的影响见图1,处理条件为n(SiO2)∶n(HF)=1∶6,常温反应15min。由图1可见,n(消解液)∶n(SiO2)达到0.5后,w(Na2O)值变化很小。表1是5种处理条件对硅溶胶B样品w(Na2O)值的影响。由表1可见,测定结果的相对标准偏差都小于1%,平均值0.379%与B样品的理论w(Na2O)值0.380%的相对误差为0.105%;即1#～5#处理条件均可。综上所述,样品的前处理条件选择n(SiO2)∶n(HF)∶n(消解液)=1∶6∶0.5、常温反应15min。2.2氯溶胶b标准曲线稀释倍数会影响硅溶胶的电离程度,以前的方法对稀释倍数很敏感,对测试结果影响很大。FP640型火焰光度计在钠离子浓度为10-3～10-4mol/L的范围内线性很好。将硅溶胶B按1#条件处理后,用去离子水稀释200、300、400、500、600倍,测定其w(Na2O)值,结果见表2。倘若钠离子没有全部释放,稀释倍数会对测定值有明显影响。由表2可见,稀释倍数对w(Na2O)值测定结果无明显影响,但显示值必须落在0～100的量程范围内。因此,在实验室或生产中只需测一个稀释倍数的样品即可,为快速测定创造了条件。该实验同时也证明1.2.2节的前处理方法是可行的。2.3测定2#方法2#法对已知w(Na2O)值的硅溶胶A～D号样品(基本参数列于表3)按1#方法处理,稀释300倍后测定其w(Na2O)值,结果见表3。由表3可见,w(Na2O)的测定值相对误差及相对标准偏差都很小,从而证明1#处理方法及测试方法都是可行的。3准确度和精密度普通碱性钠型硅溶胶样品的较佳前处理方法是将SiO2、氢氟酸和消解液按1∶6∶0.5的量之比混合,常温反应15min;再稀释200～600倍,然后采用火焰光度计进行测定。采用此法测得的Na2O质量分数的准确度和精密度均较好。该法也适用于其它类型硅溶胶中Na2O质量分数的测试,但需预先粗测确定合适的稀释倍数以保证显示值落在0～100的量程