火焰光度計法測定硅溶膠中鈉離子的含量

火焰光度計法測定硅溶膠中鈉離子的含量

硅溶膠是一種無定形硅顆粒的水分散液，其分子公式為sio2。'nh2o。不同類型、不同性質的硅溶膠的應用領域不同。影響硅溶膠性質的因素很多,鈉離子含量是其中之一。若鈉離子含量太高,則硅溶膠的耐水性、物理強度、成膜性都會變差,從而影響它在鑄造、催化劑等領域的應用。如用于彩色顯像管時,若鈉離子和鉀離子含量過高會嚴重影響顯像管的色彩和使用壽命。所以硅溶膠中鈉離子含量的準確測定很重要。目前測定鈉離子的方法主要有:鈉離子濃度計法、離子色譜法、火焰光度計法。其中第一種方法的實驗儀器準確度較差,測得結果相對標準偏差較大;若硅溶膠為銨型,則測試結果無意義。后兩種方法需配制系列標準溶液,實驗過程較復雜且離子色譜儀器昂貴。準確測定硅溶膠中鈉離子含量的關鍵是硅溶膠樣品的前處理,若處理不當,則不能將鈉離子從膠粒中全部釋放,導致測量數(shù)據(jù)重復性不好,且結果偏低。為此本實驗對普通堿性鈉型硅溶膠樣品的前處理方法進行了探討。且用自制的已知鈉離子濃度的硅溶膠對該法進行了驗證。1實驗1.1實驗試劑和儀器硅粉:純度99.99%,沛縣天納源硅材料有限公司;氫氧化鈉:AR,沈陽化學試劑廠;氫氟酸(HF):AR,沈陽化學試劑廠;氯化鈉:基準試劑,上?；茖嶒炂鞑挠邢薰?消解液:主要成分為硝酸,自制。分析天平:感量0.0001g,AL204型,梅特勒-托利多儀器公司;馬福爐:SX-2.5-10型,上海圣欣科學儀器有限公司;火焰光度計:FP640型,發(fā)射型,上海傲譜分析儀器有限公司;旋轉黏度計:NDJ-1,上海天平儀器廠;精密pH計:PHS-3C型,上海雷磁儀器廠;比重計:KEM型,上海圖新電子科技有限公司。1.2實驗過程1.2.1鈉離子標準溶液的配制準確稱取經(jīng)550℃烘至恒定質量的氯化鈉0.5850g,溶于去離子水中,定容至1L,得濃度為0.01mol/L的鈉離子標準溶液,記為PNa2溶液;再將PNa2標準溶液分別稀釋10倍和100倍,得到PNa3、PNa4鈉離子標準溶液。1.2.2酸、消解液的量之比[nsio用聚乙烯瓶準確稱取一定量硅溶膠,按SiO2、氫氟酸、消解液的量之比[n(SiO2)∶n(HF)∶n(消解液)]為1∶6∶0.5依次加入氫氟酸和消解液,常溫反應15min;用去離水稀釋至一定倍數(shù)。1.2.3ph值的測定硅溶膠中的鈉離子含量常以Na2O的質量分數(shù)[w(Na2O)]計。待火焰光度計預熱穩(wěn)定后,分別用PNa3、PNa4鈉離子標準溶液調滿標(窗口顯示100)和調低標(窗口顯示0),重復調試直至滿標和低標顯示值穩(wěn)定。測定按1.2.2節(jié)步驟處理的稀釋液,記錄顯示值,按式1計算w(Na2O)。式中,N為樣品的稀釋倍數(shù);ρ為硅溶膠的密度,g/cm3;M為氧化鈉的相對分子質量。1.2.4硅溶膠的sio將硅粉、水和氫氧化鈉按一定質量比放入反應器中,攪拌反應約5h,直至無反應殘渣,得硅溶膠A～D號樣品;稱量并測其SiO2含量。按式2計算w(Na2O)。式中,mNaOH為反應時加入氫氧化鈉的質量,g;mSi-sol為反應所得硅溶膠的總質量(因反應后容器內(nèi)無固體的硅粉,所以硅粉轉換率視為100%),g;去離子水的質量均為850g。2結果與討論2.1消解液加入量的影響鈉離子作為膠體穩(wěn)定劑被吸附在二氧化硅膠粒的表面,形成Si—O—Na結構,也有部分鈉離子在膠粒的生成過程中被夾雜進膠粒內(nèi)部;所以,若樣品處理不好,將導致鈉離子不能完全游離,使測定結果偏低。二氧化硅膠粒與氫氟酸在水相的反應方程式為:氟硅酸是配合鹵酸,中心離子Si4+與弱酸根F-形成了較強的配位鍵,迫使H+移到絡離子的外界,變得容易電離,酸性增強,體系易生成氟硅酸鈉。氟硅酸鹽中以鈉鹽的溶解度最低,25℃時氟硅酸鈉在水中的溶解度只有0.78%;為使待測鈉離子完全游離,體系中需另外加入消解液。消解液的加入量對w(Na2O)的影響見圖1,處理條件為n(SiO2)∶n(HF)=1∶6,常溫反應15min。由圖1可見,n(消解液)∶n(SiO2)達到0.5后,w(Na2O)值變化很小。表1是5種處理條件對硅溶膠B樣品w(Na2O)值的影響。由表1可見,測定結果的相對標準偏差都小于1%,平均值0.379%與B樣品的理論w(Na2O)值0.380%的相對誤差為0.105%;即1#～5#處理條件均可。綜上所述,樣品的前處理條件選擇n(SiO2)∶n(HF)∶n(消解液)=1∶6∶0.5、常溫反應15min。2.2氯溶膠b標準曲線稀釋倍數(shù)會影響硅溶膠的電離程度,以前的方法對稀釋倍數(shù)很敏感,對測試結果影響很大。FP640型火焰光度計在鈉離子濃度為10-3～10-4mol/L的范圍內(nèi)線性很好。將硅溶膠B按1#條件處理后,用去離子水稀釋200、300、400、500、600倍,測定其w(Na2O)值,結果見表2。倘若鈉離子沒有全部釋放,稀釋倍數(shù)會對測定值有明顯影響。由表2可見,稀釋倍數(shù)對w(Na2O)值測定結果無明顯影響,但顯示值必須落在0～100的量程范圍內(nèi)。因此,在實驗室或生產(chǎn)中只需測一個稀釋倍數(shù)的樣品即可,為快速測定創(chuàng)造了條件。該實驗同時也證明1.2.2節(jié)的前處理方法是可行的。2.3測定2#方法2#法對已知w(Na2O)值的硅溶膠A～D號樣品(基本參數(shù)列于表3)按1#方法處理,稀釋300倍后測定其w(Na2O)值,結果見表3。由表3可見,w(Na2O)的測定值相對誤差及相對標準偏差都很小,從而證明1#處理方法及測試方法都是可行的。3準確度和精密度普通堿性鈉型硅溶膠樣品的較佳前處理方法是將SiO2、氫氟酸和消解液按1∶6∶0.5的量之比混合,常溫反應15min;再稀釋200～600倍,然后采用火焰光度計進行測定。采用此法測得的Na2O質量分數(shù)的準確度和精密度均較好。該法也適用于其它類型硅溶膠中Na2O質量分數(shù)的測試,但需預先粗測確定合適的稀釋倍數(shù)以保證顯示值落在0～100的量程