钛白副产硫酸亚铁中镁离子的含量分析

赵业军，钱 欣，王桂兵，周朗坤，王莹莹

（1.武汉东湖学院 生命科学与化学学院，湖北，武汉 430212；2.湖北中医药大学 药学院，湖北 武汉 430065）

钛白粉（TiO2）是目前工业生产中极为重要的一种无机化工颜料，硫酸法生产钛白粉会产生大量副产FeSO4，大约每生产1t 的钛白粉就会产生2.5～3.5t的副产物FeSO4粗品[1]。FeSO4的综合利用通常从精制开始，但FeSO4粗品中存在大量的金属阳离子杂质，尤其是Mg2+杂质很难检测并去除，因此，找出一种简便快捷、经济、准确的测定钛白副产FeSO4中Mg2+含量的方法就显得尤为重要和迫切。离子选择性电极法所用的电极使用寿命短且性能不稳定；火焰原子吸收法和等离子发射光谱法（ICP—AES）测定结果虽可靠准确，但仪器价格较高，很难在工厂中得到普及[2，3]。EDTA 络合滴定法和紫外分光光度法的操作相对简便，并且成本低廉，适用于工厂普及[4]。本文对EDTA 络合滴定法和紫外分光光度法进行研究，以期寻找出适合工业生产应用的快速准确的分析方法。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

FeSO4（工业级 武汉方圆钛白)；FeSO4、MgSO4、NH4Cl、草酸铵、盐酸羟胺、NH4OH，天津登峰；酸性铬蓝K（天津福晨）；抗坏血酸、乙二胺四乙酸二纳，西陇科学；无水乙醇、25% NH3·H2O，天津天力；三乙醇胺（国药集团化学）；钙羧酸指示剂、铬黑T，天津致远；以上试剂均为分析纯。

i3 型紫外可见分光光度计（济南淘能）；TDL-80-2B 型离心机（上海安亭）。

1.2 EDTA 络合滴定法

样品溶液以铬黑T 为指标剂，EDTA 标准溶液对其进行滴定，计算Mg2+的浓度。

1.3 测定方法

用NH3-NH4Cl 缓冲液调节样品溶液pH 值，加入草酸铵溶液使Fe2+沉淀，定容静置取上清液离心，再吸取离心管中上清液至容量瓶中，依次加入抗坏血酸溶液、酸性铬蓝K-乙醇溶液、NH3-NH4Cl 缓冲液，定容显色后，在室温环境下用紫外分光光度法测定其吸光度。

2 结果与讨论

2.1 EDTA 络合滴定法分析

样品溶液加入NH3-NH4Cl 缓冲溶液后形成了大量灰绿色胶体分散在溶液中，以致无法判断滴定终点。经分析，出现的灰绿色胶体为Fe（OH）2，产生原因是FeSO4粗品溶液中含有大量Fe2+，目前方法中的三乙醇胺的用量远远不足以屏蔽Fe2+干扰，在加入NH3-NH4Cl 缓冲溶液后，溶液变为碱性，生成的Fe（OH）2进一步氧化为Fe（OH）3胶体，从而导致无法观测到滴定终点。考虑EDTA 络合滴定法的灵敏度较低，准确度不高，因此，EDTA 络合滴定法不适用FeSO4中Mg2+含量分析。

2.2 紫外分光光度法分析

2.2.1 用草酸铵排除Fe2+干扰 草酸根离子可以和Fe2+反应，生成难溶于水的草酸亚铁沉淀，反应式如下：

2.2.2 测定波长的选择 取10mL 配好的1mg·mL-1Mg2+标液，稀释10 倍，得到100μg·mL-1的Mg2+标液，取5mL 100μg·mL-1的Mg2+标液于比色管中，用NH3-NH4Cl 缓冲液调节pH 值为8～10，再加入10mL草酸铵溶液，用去离子水稀释到25mL 刻度线，再取1.0mL 至比色管中，依次加入0.6mL 抗坏血酸溶液，1.6mL 酸性铬蓝K 乙醇溶液，2mL pH 值为9.5 的NH3-NH4Cl 缓冲液，用去离子水稀释至10mL 刻度线，在室温环境下显色后测定其吸光度，结果见图1。

图1 最大吸收波长曲线Fig.1 Maximum absorption wavelength curve

由图1 可见，Mg2+与酸性铬蓝K 形成的红色络合物的最大吸收波长是540nm。

2.2.3 草酸铵用量的影响 在FeSO4溶液中加入NH3-NH4Cl 缓冲溶液调节pH 值，分别加入5、10、15、20mL 草酸铵，静置沉淀后发现，加入5mL 草酸铵中的沉淀量明显少于其他样品，判断加入5mL 草酸铵用量不足，Fe2+没有完全沉淀。取另外3 个样品离心，再分别吸取离心管中上清液显色，测定其吸光度，结果见图2。

图2 草酸铵溶液用量对吸光度的影响Fig.2 Effect of the dosage of ammonium oxalate solution on absorbance

由图2 可见，草酸铵用量在10mL 以上时，Fe2+已经可以完全沉淀，且草酸铵的用量不会干扰吸光度的大小，故使用10mL 的草酸铵最合适。

2.2.4 缓冲液pH 值的影响 取上述配好的混合液，分别加入pH 值为9、9.5、10、10.5、11 的NH3-NH4Cl 缓冲溶液中进行显色实验，10min 内和20min内进行检测，结果见表1。

表1 缓冲液pH 值对吸光度的影响Tab.1 Effect of the buffer pH on absorbance

由表1 可见，在20min 内pH 值为10、10.5、11的样品颜色不稳定，容易褪去，使数据失效，其原因可能是当缓冲液pH 值达到10 以上时，形成的Mg-铬蓝K 的红色络合物不稳定，易于分解；而缓冲液pH 值为9～9.5 时，Mg-铬蓝K 红色络合物相对稳定，显色后溶液吸光度也基本保持稳定，综合考虑，选用pH 值为9.5 的NH3-NH4Cl 缓冲溶液。

2.2.5 标准曲线 配制Mg2+浓度为0.4、0.8、1.2、1.6、2.0、2.4μg·mL-1的溶液，按实验方法分别显色，在室温环境下测吸光度，绘制标准曲线见图3。

图3 Mg2+标准曲线Fig.3 Mg2+standard curve

由图3 可见，标准曲线线性方程y=0.0402x+0.0015，R=0.9992，线性相关良好，可用于样品检测。

2.3 加标回收实验

取2mL Mg2+标液，转移至100mL 容量瓶中，用2mg·mL-1的FeSO4溶液定容。取2mg·mL-1的FeSO4溶液于1 号容量瓶中、取加标溶液5mL 于2 号容量瓶中，按实验方法分别显色，在室温下测得吸光度及计算结果见表2，带入工作曲线，计算得加标回收率为98.5%。

表2 加标回收实验结果Tab.2 Spiking and recovery experiment results

2.4 测定钛白副产物FeSO4 中Mg2+含量

取1g 钛白副产物FeSO4粗品于加去离子水搅拌溶解过滤，转移至100mL 容量瓶中定容。样品溶液按照研究方法进行分析,实验结果见表3。

表3 样品吸光值及含量Tab.3 Absorbance value and content of samples

由表3 可见，1g FeSO4粗品中含10.70mg 的Mg2+，含量约为1.07%。

3 结 论

本文研究钛白副产物FeSO4粗品中Mg2+含量的紫外分光光度检测方法，经加标回收的方法验证了方法的可行性。该方法不需要大型昂贵的设备，且操作简便、成本低廉、准确性高，适合工厂普及使用。