韓紅斐 李文娟 胡晶晶 蘇艷紅

（太原師范學(xué)院 化學(xué)系，山西 太原 030012）

改性紙色譜法對不銹鋼酸洗廢液中金屬離子的檢測

韓紅斐 李文娟 胡晶晶 蘇艷紅

（太原師范學(xué)院 化學(xué)系，山西 太原 030012）

采用殼聚糖醋酸溶液為固定相的紙色譜法分離不銹鋼酸洗廢液中的金屬離子.經(jīng)實驗結(jié)果表明：展開劑的配比V（丙酮）∶V（鹽酸）∶V（水）＝33∶3∶4時分離Fe3＋，Cu2＋，F(xiàn)e2＋，Cr3＋，Ni2＋的5種金屬離子的效果最佳，分離晾干后顯色劑采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%的二硫代乙二酰胺乙醇溶液較為合適.用此方法來鑒定304 HC和1Cr13不銹鋼酸洗廢液中的金屬離子，所得結(jié)論：前者的廢液中含有Fe2＋，Ni2＋，F(xiàn)e3＋，Cr3＋；后者的廢液中含有Fe2＋，F(xiàn)e3＋，Cr3＋.

紙色譜法；不銹鋼酸洗廢液；金屬離子

紙色譜法作為一種快速分離和鑒定物質(zhì)的手段，它具有微量、快速、高效、靈敏度高等特點.在有機化學(xué)、分析化學(xué)、生物化學(xué)等方面得到廣泛應(yīng)用.具有獨特結(jié)構(gòu)的殼聚糖（chitosan，CTS）能和許多金屬離子配位［1－6］，因此用殼聚糖改性過的紙色譜大大拓寬了其應(yīng)用的領(lǐng)域.酸洗是不銹鋼加工過程的一個必然環(huán)節(jié)，而酸洗后廢液的處理成為社會多方關(guān)注的焦點［7］.本文采用殼聚糖改性紙色譜對兩種不銹鋼酸洗廢液中金屬離子進行了全面系統(tǒng)的分析，為酸洗廢液的處理提供了依據(jù).

1 實驗部分

1.1 主要試劑和儀器

層析缸（120×240），濾紙（杭州新華一號），電子天平（FA2004型，上海良平儀器儀表有限公司），電吹風(fēng)等；殼聚糖（浙江玉環(huán)化工廠），M-Ⅰ型和O－Ⅰ型不銹鋼酸洗添加劑（太原貝特爾生物化學(xué)有限公司），1Cr13和304 HC不銹鋼（太鋼不銹鋼線材廠），F(xiàn)eCl3·6 H2O，CuSO4，NiSO4·6H2O，Cr（NO3）3·9 H2O，F(xiàn)eSO4·7 H2O，二硫代乙二酰胺，無水乙醇，丙酮，濃鹽酸，濃氨水，冰醋酸等均為市售分析純試劑.

1.2 實驗準(zhǔn)備

1.2.1 改性層析濾紙的制備

把層析紙順紙紋方向裁成8 cm×20 cm的紙條，用0.1 mol／L的鹽酸溶液浸泡0.5 h，然后用蒸餾水洗至中性晾干［8］.稱取0.500 0 g殼聚糖溶于100.0 m L質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.2%醋酸溶液中制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%殼聚糖溶液，將處理過的層析紙分別浸入殼聚糖溶液中進行改性，浸泡0.5 h后，在室溫下陰干備用［4］.

1.2.2 Fe2＋，F(xiàn)e3＋，Cu2＋，Cr3＋，Ni2＋標(biāo)準(zhǔn)溶液及其混合液的配制

由于本實驗最終要檢驗不銹鋼酸洗廢液中所含的金屬離子，而不銹鋼酸洗的溶液都是在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的H2SO4中，為了保證標(biāo)準(zhǔn)離子和不銹鋼酸洗廢液中金屬離子所處的環(huán)境一致，所以配制標(biāo)準(zhǔn)溶液和混合溶液都用25%的 H2SO4.準(zhǔn)確稱取FeCl3·6 H2O，CuSO4，NiSO4·6 H2O，Cr（NO3）3·9H2O，F(xiàn)eSO4·7H2O，用25%的硫酸溶液配制0.05 mol／L的Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋、Cr3＋、Ni2＋離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液.然后再稱取FeCl3·6H2O，NiSO4·6H2O，CuSO4，Cr（NO3）3·9H2O，F(xiàn)eSO4·7H2O于一個小燒杯中，將其混合后用25%的硫酸溶液配制0.05 mol／L Fe3＋，Co2＋，Ni2＋，Cu2＋離子的混合樣品溶液.

1.2.3 顯色劑和展開劑的配制

稱取0.40 g二硫代乙二酰胺溶解于99.60 g無水乙醇中得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%的二硫代乙二酰胺的乙醇溶液，用其作為該實驗中的顯色劑.

以殼聚糖為固定相，對流動相進行初步試驗.一般比例大的試劑往往是起溶解待測組分的作用，比例小的溶劑起調(diào)整完善分離物質(zhì)Rf值的作用，極性大的試劑易洗脫化合物，少量酸、堿則會使某些極性物質(zhì)的斑點集中，提高分離度.以此為依據(jù)對展開劑及其比例進行選擇.根據(jù)文獻資料［9］，選用L9（34）正交試驗因素水平表進行試驗，實驗結(jié)果表明，以V（丙酮）∶V（濃鹽酸）∶V（水）＝33∶3∶4做展開劑，分離效果較為理想，斑點集中清晰.由于Cr3＋的斑點呈帶狀，可以與Ni2＋分開，但始終不能與Fe2＋分開，需進一步探究，但整體分離效果較好.由于混合樣中金屬離子之間的相互影響，比移值較標(biāo)準(zhǔn)樣都較高，尤其是Ni2＋.

1.2.4 重現(xiàn)性實驗

使用優(yōu)選出的V（丙酮）∶V（濃鹽酸）∶V（水）＝33∶3∶4為展開劑對5種金屬離子及其混合樣品進行分離，晾干后用0.40%二硫代乙二酰胺的乙醇溶液進行顯色.重復(fù)做3次實驗，結(jié)果如表1所示，分離的重現(xiàn)性良好.

表1 重現(xiàn)性試驗的比移值Rf

2 實驗步驟

2.1 1Cr13和304 HC不銹鋼的酸洗

50 m L質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%H2SO4溶液中，添加3 m L的M－Ⅰ型不銹鋼酸洗添加劑，將312.3 g的1Cr13不銹鋼盤條，分7次浸入酸洗液中，酸洗溫度90℃～100℃，酸洗時間30～50 min，酸洗廢液留存.

50 m L質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%H2SO4溶液中，添加2.5 m L的O-Ⅰ型不銹鋼酸洗添加劑，將325.7 g的304 HC不銹鋼盤條，分8次浸入酸洗液中，酸洗溫度90℃～100℃，酸洗時間15～30 min，酸洗廢液留存.

2.2 1Cr13和304 HC不銹鋼的酸洗廢液中金屬離子的檢測

將Fe3＋，Cr3＋，Ni2＋，F(xiàn)e2＋，Cu2＋離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液和304HC 不銹鋼酸洗廢液分別點在用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.50%的殼聚糖醋酸溶液改性過的層析紙上，將其放入層析缸中用V（丙酮）∶V（鹽酸）∶V（水）＝33∶3∶4的展開劑展開.當(dāng)展開劑前沿上升到起始線上方18 cm左右時，取出層析紙，劃出溶劑前沿，晾干后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%二硫代乙二酰胺的乙醇溶液進行顯色.顯色后在304 HC不銹鋼酸洗廢液點樣處的上方出現(xiàn)了3個不同顏色斑點，計算其Rf值并與五種標(biāo)準(zhǔn)離子的Rf值對照，結(jié)果見表2.

同樣將Fe3＋，Cr3＋，Ni2＋，F(xiàn)e2＋，Cu2＋離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液和1Cr13不銹鋼酸洗廢液分別點在改性過的層析紙上，用上述相同的展開劑進行層析，晾干后顯色發(fā)現(xiàn)，1Cr13不銹鋼酸洗廢液點樣處的上方出現(xiàn)了兩個黃褐色斑點，將之與5種標(biāo)準(zhǔn)離子的Rf值對照，結(jié)果見表2.

表2 不銹鋼酸洗廢液的檢測結(jié)果

3 結(jié)果討論

304 HC不銹鋼酸洗廢液經(jīng)改性紙色譜層析晾干顯色后，同標(biāo)準(zhǔn)溶液離子的比移值和所呈現(xiàn)的顏色對比結(jié)果來看，可以初步確定304 HC不銹鋼酸洗廢液中含有Fe2＋，Ni2＋，F(xiàn)e3＋.但是經(jīng)查詢，304HC不銹鋼中主要含有的金屬離子為Cr3＋，Ni2＋，F(xiàn)e2＋和Fe3＋，分析其原因可能是由于Cr3＋呈現(xiàn)的顏色較淺，而Fe2＋呈現(xiàn)的顏色較深（黃褐色），且與Fe2＋不能很好分離，因而將Cr3＋的顏色覆蓋，使得待測樣品中Cr3＋未顯現(xiàn)出來.

同樣1Cr13不銹鋼酸洗廢液經(jīng)改性紙色譜層析晾干顯色后，同標(biāo)準(zhǔn)溶液離子的比移值和所呈現(xiàn)的顏色對比結(jié)果來看，可以初步確定1Cr13不銹鋼酸洗廢液中含有Fe2＋和Fe3＋.經(jīng)查得，1Cr13不銹鋼的主要金屬成分是鐵和鉻，另外還有極少量的鎳，錳，鉬，其中鐵含量最多，大約過半，鉻含量較低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約只有13%，再加之殼聚糖改性紙色譜法用二硫代乙二酰胺的乙醇溶液作為顯色劑，自身的橘紅色對Cr3＋離子的顏色造成一定的干擾，分辨率低.為了確定Cr3＋的存在，先用沉淀法分離出Cr3＋，單獨與Cr3＋離子標(biāo)準(zhǔn)溶液進行紙層析對照，使用對Cr3＋離子效果明顯的EDTA溶液進行顯色.結(jié)果表明，1Cr13不銹鋼酸洗廢液的提取樣上方的斑點與Cr3＋離子標(biāo)準(zhǔn)溶液斑點顏色一致，均為紫色，Rf值接近，可以初步肯定該不銹鋼酸洗廢液中含有Cr3＋離子.

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The Detection of MentalIons in Stainless Steel Pickling Waste liquors Using Modified Paper Chromatography

Han Hongfei Li Wenjuan Hu Jingjing Su Yanhong
（Department of Chemistry，Taiyuan Normal University，Taiyuan 030012，China）

To feature the isolation of metal ions in stainless steel acid cleansing solutions using paper chromatography with Chitosan acetic acid solution as the stationary phase.The experiment results showed that，in order to maximize the isolation of Fe3＋，Cu2＋，F(xiàn)e2＋，Cr3＋，Ni2＋，the developing agent solution shall have 33 parts of acetone，3 parts of HCl and 4 parts of water.After isolation and drying processes，the ethanol solution of dithiooxamide shall have a concentration of 0.40%.We used this method to isolate the metal ions in the 304HC and 1Cr13 stainless steel acid cleansing solutions，with the conclusion that in the former type of liquid waste contains Fe2＋，Ni2＋，F(xiàn)e3＋，Cr3＋while the latter Fe2＋，F(xiàn)e3＋，Cr3＋.

paper chromatography；stainless steel pickling waste liquors；metal ions

張麗萍】

1672-2027（2011）03-0105-03

O658.1

A

2011-01-11

韓紅斐（1980-），男，山西長治人，碩士，太原師范學(xué)院化學(xué)系實驗師，主要從事有機化學(xué)實驗的教學(xué)工作和有機合成及應(yīng)用研究.