原子吸收火焰光谱法测定羧甲基纤维素钠取代度的研究

张颖明，邓立峰，李党国

（牡丹江恒丰纸业股份有限公司，黑龙江牡丹江 157013）

1 引言

羧甲基纤维素（CMC）是天然纤维素经化学改性得到的一种具有醚结构的衍生物，由于其通常以钠盐的形式存在所以又称为羧甲基纤维素钠。它具有增稠、黏合、助长、乳化、缓释等作用，已被广泛应用于食品、医药、造纸、建材、陶瓷、日化、纺织印染、石油钻井等各个工业门类，有工业“味精”之称[1]，成为目前最重要的水溶性纤维素衍生物之一。CMC是造纸工业应用广泛的添加剂之一，特别是一些需要进行表面施胶的特种纸。在北美和欧洲CMC被公认为最优秀的表面施胶剂之一。

因为CMC的广泛应用，使得其质量评价指标研究也尤为重要。目前人们认为衡量CMC质量的主要指标包括纯度、取代度（DS）、pH等，其中DS指标最为人们所关心。DS是指每个纤维素单元上的羧甲基钠基团的平均数量，一般DS不同则CMC的性质也不同；DS增大，CMC溶解性就增强，溶液的透明度及稳定性也越好。DS的最大值是3，但在造纸工业上用途最大的是DS为0.5～0.9的CMC。

目前测定CMC的DS方法很多，如酸度计法、灰化法、电导率法等。国家标准（GB 1886.232—2016）采用的是最传统但最耗时的灰化法。

本文研究了采用微波消解仪处理样品，用原子吸收火焰光谱法测试羧甲基纤维素钠中的钠含量，通过钠含量计算羧甲基纤维素钠的DS的方法。该方法测试简单、准确、快速，可对羧甲基纤维素钠DS的评价和检测提供一种优良的技术手段。

2 实验部分

2.1 仪器与材料

iCE 3500 AAS原子吸收火焰光谱仪（Thermo Scientific公司）；CEM-Mars5型微波消解仪（美国CEM公司）；电子天平（瑞士梅特勒公司）；实验室用水为超纯水，电阻率为18.2 MΩ·cm；钠单元素标准溶液，1 000 μg/mL（中国计量研究院）；氯化铯，优级纯（国药集团化学试剂有限公司）；无水乙醇，优级纯（国药集团化学试剂有限公司）；浓硝酸，优级纯（德国默克公司），过氧化氢，优级纯（德国默克公司）。

2.2 试样处理

2.2.1 试样纯化

称取约1.5 g试样，置于玻璃砂坩埚中，用预先加热至50～70℃的乙醇溶液洗涤多次（每次加满玻璃砂坩埚）直到加入1滴铬酸钾溶液和1滴硝酸银溶液的滤液呈砖红色，为洗涤完成，反之应继续洗涤，一般洗涤5次。最后1次用无水乙醇洗涤，将洗涤后的试样移入砂芯坩埚，于温度（120±2）℃干燥2h（1 h左右时，将砂芯坩埚内试样轻轻敲松）。加盖移入干燥器内，冷却至室温。

2.2.2 试样消解

准确称取0.1 g（精确至0.000 1 g）按2.2.1方法纯化后的试样，于清洗好的聚四氟乙烯溶样杯内，加入2.0 mL过氧化氢和5.0 mL浓硝酸，预消解0.5 h。将溶样杯晃动几次，使样品充分浸没。按照表1微波消解程序进行消解，冷却后取出，转移至100 mL高密度聚乙烯（HDPE）容量瓶中，加入1.0 mL质量浓度为5g/L的氯化铯溶液，用0.5%硝酸溶液定容，摇匀，用于钠元素测试。同时做试剂空白溶液。

表1 微波消解条件

2.3 测定

调谐优化仪器，在表2所示的仪器工作条件下进行测试。

2.4 计算公式

按式（1）和式（2）计算羧甲基纤维素钠DS：

式中：B为试样中羧甲基质量摩尔浓度，mmol/g；C为被测定样中钠元素的质量浓度，mg/L；C0为试剂空白钠元素的质量浓度，mg/L；V为试样消解定容体积，mL；M为纯化试样质量，g；MNa为钠元素摩尔质量。

表2 仪器工作条件

3 结果与讨论

3.1 标准曲线的绘制及浓度范围的选择

根据羧甲基纤维素钠DS的特点（最大值不超过3）及试样质量。选择将标准曲线的质量浓度上限设为4.0 mg/L，可以保证其覆盖任何类型羧甲基纤维素钠DS的测试。配制钠标准工作溶液，在仪器工作条件下进行测试，以吸光度为纵坐标，钠质量浓度为横坐标绘制标准工作曲线，见图1。钠元素线性范围为0.0～4.0 mg/L，线性系数r=0.999 9，线性良好。

图1 钠标准溶液工作曲线

3.2 干扰及消除

碱金属钠的电离电位小于6 eV，在空气-乙炔火焰中容易电离导致吸光度降低[2]。在分析溶液中加入1.0 mL质量浓度为5 g/L的氯化铯作为电离抑制剂，可大大增加火焰中的自由电子浓度使平衡向有利于形成基态原子的方向移动增大基态原子的浓度，从而提高测试的稳定性和准确性。

3.3 方法精密度及准确性

对同一羧甲基纤维素钠样品平行测定10次，结果见表3。

表3 CMC的DS测量结果

4 结论

本文研究建立了微波消解处理，采用原子吸收火焰光谱法测试羧甲基纤维素钠样品DS的方法。该方法分析速度快，结果准确，数据稳定，测试结果与国家标准采用的检测方法具有可比性，适用于羧甲基纤维素钠DS的测试。