微波干燥法快速测定工业无水硫酸钠的水不溶物含量

胡 静,何 劲,杨丽梅,魏云峰

(云南省盐业有限公司,云南 昆明 650200)

水不溶物是工业无水硫酸钠产品中一项很重要的技术指标,根据GB/T 6009—2014《工业无水硫酸钠》的规定,水不溶物含量直接影响工业无水硫酸钠产品的质量等级。同时,生产操作人员也可以根据其值的大小判断出生产过程控制的有效性。因此快速测定工业无水硫酸钠产品中水不溶物含量是硫酸钠型卤水制盐企业研究的重要课题之一。长期以来,一直采用GB/T 6009—2014《工业无水硫酸钠》所规定的标准方法来测定工业无水硫酸钠产品中的水不溶物含量,此方法采用烘箱干燥法,整个过程从坩埚恒重、溶解抽滤、沉淀恒重至结果出具,大致需要4～5 h,耗时过长,无法用于生产过程中质量快速、精准的控制。通过前期文献检索发现,目前尚未有针对性地研究出一种适用于工业无水硫酸钠产品生产过程中水不溶物快速测定的检验方法,以实现工业无水硫酸钠产品质量的精准控制。

此方法通过采用微波干燥法测定工业无水硫酸钠中水不溶物含量,整个测定过程仅需0.5～1 h即可完成。同时,通过精密度、准确度及回收率试验可以看出,该方法具有重现性好、准确度高等特点。为工业无水硫酸钠生产中间控制分析节约了时间,为工厂生产工艺精准控制提供了数据支持,进一步提升了工业无水硫酸钠产品质量。

1 实验

1.1 实验原理

用水溶解工业无水硫酸钠样品,采用玻璃砂芯坩埚将产品中的不溶性物质滤出,并经多次洗涤滤渣,使之与样品本体完全分离,烘干至恒重后,计算出其水不溶物的质量。

1.2 实验仪器及试剂

玻璃砂芯坩埚G4型,孔径5～15 μm;ML204T电子天平,梅特勒—托丽多,精度±0.1 mg;BPG-9056B精密鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司,±1 ℃;G70F20N2L-DG(W0)微波炉,格兰仕;SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵,巩义市子华仪器有限责任公司;GBW(E)120125水质浊度溶液标准物质,四川中测标准物科技有限公司。

1.3 实验设计

结合前期某矿80万t/a制盐装置所生产的工业无水硫酸钠产品水不溶物含量情况,实验选取一组(14份)不同水不溶物含量(0.01%～0.15%)的工业无水硫酸钠产品,作为快速测定水不溶物含量的实验样品,并按照GB/T 6009—2014《工业无水硫酸钠》标准方法测定改组样品的水不溶物含量,并以此结果作为评价快速测定方法的基准值,以确定微波干燥法的可靠性。

2 结果与讨论

2.1 干燥时间的选择

取6只新玻璃砂芯坩埚编号,洗净置于精密鼓风干燥箱中,于105 ℃±2 ℃条件下干燥1.5 h后称量第一次,并再次干燥0.5 h后称量第二次,两次重量差异在±0.3 mg以下视为恒重。若未恒重则继续干燥0.5 h,直至前后两次重量差异在0.3 mg以下。记录坩埚重量,见表1。

表1 鼓风干燥箱恒重空坩埚Tab.1 Constant weight empty crucible with drying oven

同时,重新将上述6只玻璃砂芯坩埚洗净置于微波炉中,分别采用中高火档位、高火档位对坩埚进行5 min干燥后称量第一次,并再次干燥5 min后称量第二次,两次重量差异在±0.3 mg以下视为恒重。若未恒重则继续干燥5 min,直至两次重量差异在0.3 mg以下。记录干燥恒重时间及坩埚重量,见表2、表3。

表2 微波炉中高火恒重空坩埚Tab.2 Constant weight empty crucible with med-high fire in microwave oven

表3 微波炉高火恒重空坩埚Tab.3 Constant weight empty crucible with high fire in microwave oven

从表2、表3的数据可看出,利用微波炉对玻璃砂芯坩埚进行恒重时,无论在中高火档位(干燥15 min)还是高火档位(干燥10 min)均能实现空坩埚的恒重。同时,与表1数据对比发现,利用微波干燥恒重的坩埚重量与国标法干燥恒重的坩埚重量基本一致。因此,结合实验目的及确保恒重质量的稳定性,选取微波炉高火档位加热10 min开展后续实验。

2.2 国标烘箱干燥法测定样品中水不溶物含量

按照GB/T 6009—2014《工业无水硫酸钠》标准的要求,对选取的14个工业无水硫酸钠样品的水不溶物含量进行国标烘箱干燥法进行测定,结果见表4。

表4 国标烘箱干燥法(1.5 h+0.5 h)测定样品中水不溶物含量数据Tab.4 Determination of water insoluble matter content in samples by national standard oven drying method (1.5 h+0.5 h)

2.3 微波快速干燥法测定样品中水不溶物含量

按照空坩埚恒重试验选取的微波档位及干燥时间,对选取的14个工业无水硫酸钠样品的水不溶物含量进行结果测定,结果见表5。

2.4 国标烘箱干燥法(1.5 h+0.5 h)与微波干燥法(10 min+5 min)测定样品中水不溶物含量数据比较

将国标烘箱干燥法与微波干燥法测定样品中水不溶物含量的结果及时间进行比较,结果见表6。

表6 国标烘箱干燥法(1.5 h+0.5 h)与微波干燥法(10 min+5 min)测定样品中水不溶物含量数据比较Tab.6 Comparison of water insoluble matter content in samples determined by national standard oven drying method (1.5 h+0.5 h) and microwave drying method (10 min+5 min)

由表6可以看出,利用微波干燥法(10 min+5 min)与国标烘箱干燥法(1.5 h+0.5 h)测定同一工业无水硫酸钠样品中水不溶物含量,两种方法测定结果绝对差值最大仅为0.004%,均在GB/T 6009—2014《工业无水硫酸钠》规定的误差要求范围内,测定结果的准确度也较高。

综上,说明利用微波干燥法测定工业无水硫酸钠样品的水不溶物含量的方法可行。同时,微波干燥法干燥水不溶物至恒重时间仅需15 min,相较于国标烘箱干燥法的2 h,较大程度节约了干燥时间。

2.5 微波干燥法测定样品中水不溶物含量的精密度评价

按照上述实验方法,利用微波干燥法对同一工业无水硫酸钠样品开展水不溶物含量9次平行性测定,测定结果见表7。

表7 微波干燥法测定样品中水不溶物含量精密度评价数据Tab.7 Precision evaluation data for the determination of water insoluble matter content in samples by microwave drying method

由表7可以看出,利用微波干燥法测定同一工业无水硫酸钠样品中水不溶物含量极差为0.004%,在国标规定的平行性测定绝对差值(Ⅰ类一等品≤0.005%)范围内,相对偏差SD为0.014%,精密度RSD为0.045%。

综上,说明利用微波干燥法测定工业无水硫酸钠样品中水不溶物含量的方法精密度较高。

2.6 加标回收率试验

评价一个新方法的准确度目前主要是采用方法的加标回收率测定。通过对所建立的新方法检测样品某物质含量的实测值与添加值的比,并根据加入的标准品及测定结果的比值计算回收率,从而得出新方法的准确性,一般含量的加标回收率在80%～120%之间视为合格。

目前,加标回收率的测定已广泛运用于各种容量分析、仪器分析等方法中,但仍少见国内有将加标回收率运用于重量分析法的质量控制研究。为进一步验证微波干燥法测定工业无水硫酸钠产品中水不溶物含量的准确性,采用了性质较为稳定的水质浊度溶液标准物质,利用容量分析方法加标回收率测定的原理,对微波干燥法测定工业无水硫酸钠样品中水不溶物含量方法的准确度展开研究实验。同时,由于水质浊度溶液标准物质采用浊度单位NTU进行表示,无法直接运用于加标回收率的测定。因此,实验先采用微波干燥法对该溶液体系中不溶性物质的含量进行了测定,测定结果见表8。

表8 水质浊度溶液标准物质中水不溶物含量测定数据Tab.8 Measurement data of insoluble matter content in water quality turbidity solution reference materials

根据上述水质浊度溶液标准物质不溶性物质含量的测定结果,结合前期工业无水硫酸钠样品中水不溶物的含量,按照添加量为待测物含量的0.5～2.0倍的原则,在工业无水硫酸钠样品水溶液体系中添加一定量的水质浊度溶液标准物质,用于开展微波快速法加标回收率的测定,测定结果见表9。

由表8、表9可以看出:S1样品的加标回收率分别为101.78%、103.57%,S2样品的加标回收率分别为102.86%、112.14%,均在加标回收率相关标准所规定的范围(80%～120%)要求内。如若按照有效位数修约后进行加标回收率的计算,此加标回收实验基本趋于全部回收。因此,说明该方法具有相对较高的准确性。

表9 微波干燥法测定无水硫酸钠中水不溶物含量加标回收率实验数据Tab.9 Experimental data on the recovery rate of water insoluble substances in anhydrous sodium sulfate determined by microwave drying method

3 结论

通过实验证明,微波干燥法在测定工业无水硫酸钠产品水不溶物含量时具有重现性好、准确度高、精密度高、检测时间短、过程方便快捷等特点,其测定结果符合GB/T 6009—2014《工业无水硫酸钠产品》中对工业无水硫酸钠产品中水不溶含量测定偏差的规定要求。

通过采用微波干燥法测定工业无水硫酸钠产品水不溶物含量,缩短了水不溶物含量分析时间,提高了水不溶物含量分析效率。为生产提供准确数据,提高生产过程控制水平,有效地保证了工业无水硫酸钠产品质量等级,实现工业无水硫酸钠产品质量的长效、稳定控制,在行业内具有推广运用价值。