王 毅

（沈陽市化工學校, 遼寧 沈陽 110122）

硫化橡膠中的鈷絕大部分是由黏合促進劑帶入。黏合促進劑也叫黏合增進劑，是橡膠用黏合助劑的一種。它本身不與材料發(fā)生物理和化學作用，但能夠促進橡膠與同質或異質材料的結合。有機鈷鹽就是一種粘合促進劑，它能夠促進橡膠鍍黃銅、鍍鋅鋼絲簾線的粘合作用，通常用于輪胎的帶束層、胎體層、鋼絲圈等部位的膠料中。橡膠行業(yè)中常用的有機鈷鹽包括葵酸鈷、環(huán)烷酸鈷、酸化鈷和硬脂酸鈷等。作為配合劑，有機鈷鹽類黏合促進劑可直接加入膠料中，在硫化溫度下，這些鈷鹽中的二價鈷離子能夠促進橡膠與鍍層界面上硫化亞鋼或硫化鋅的增長，從而增進了橡膠與鋼絲等異質材料的相互結合[1]。

隨著半鋼、全鋼子午線輪胎結構技術的不斷發(fā)展，市場占有率的不斷增大，鈷含量的測定對配方研究、輪胎剖析工作所起的作用也越來越重要。傳統(tǒng)的鈷測定方法有比色法、滴定法等。

本文采用原子吸收法測定橡膠中的鈷含量。目前大多數試驗單位儀器是進口設備，本實驗使用北京普析通用AFG型原子吸收分光光度計 TAS-990進行測定。

1 實驗原理

任何元素的原子都是由原子核和圍繞原子核的電子組成?！盎鶓B(tài)”原子吸收了特定波長的光的能量進入“激發(fā)態(tài)”。隨著光路中原子數目的增加，吸收光的能量也增加。使用特定的光源并選擇合適的波長來確定特定的元素。通過測量光線被吸收后的減弱程度，可以定量確定被測物的量［2］。

不含氯、溴、碘鹵元素的試樣用干法灰化。含氯、溴、碘鹵元素的試樣用硫酸和硝酸進行處理，蒸發(fā)殘余酸后灰化[3]。

將灰化后的灰分溶解于硝酸中，配置成適當濃度的溶液，然后導入原子吸收光譜儀的空氣-乙炔火焰中，火焰使被測樣品的灰分溶液蒸發(fā)形成氣態(tài)原子，這些原子蒸汽對銳線光源（鈷空心陰極燈）發(fā)射的特征譜線240.7 nm產生選擇性吸收[4]。在一定條件下，吸光度與試樣溶液中鈷的濃度成正比。通過測量鈷元素的吸光度，根據相同條件下確定的鈷標準工作曲線，計算試樣中相應鈷元素的含量。

2 試驗儀器準備

2.1 開機

依次打開打印機，顯示器，計算機電源開關，等計算機完全啟動后，打開原子吸收主機電源。

2.2 聯機初始化

在計算機桌面上雙擊快捷方法圖標，出現窗口，選擇聯機方式，點擊確定,出現儀器初始化界面。等待3～5 min(聯機初始化過程)，等初始化各項出現確定后，將彈出如下窗口，選擇元素燈和預熱燈窗按Co燈預熱。

2.3 參數設置

選擇工作燈鈷并預熱燈,選擇光譜帶寬為 0.2 nm，設置完成后點擊下一步。出現設置波長窗口。不要更改默認的波長值，直接點擊尋峰。將彈出尋峰窗口，等尋峰過程完成后，儀器參數設置完成。

2.4 設置樣品

（a）選擇校正方法：

（b）標準曲線法；

（c）曲線方程：為一次方程；濃度單位：μg/mL；

（d）輸入標準樣品的濃度和個數；

（e）輸入待測樣品數量，名稱，起始編號，以及相應的稀釋倍數等信息，即完成樣品設置。

2.5 點火

依次打開空氣壓縮機工作開關，調節(jié)壓力調節(jié)閥，使得空氣壓力穩(wěn)定在0.2～0.25 MPa后；打開乙炔鋼瓶主閥，調節(jié)出口壓力在0.05～0.06 MPa（點火前后出口壓力可能有變化，這里指點火后的壓力）；檢查水封，點擊點火(第1次點火時有點火提示窗口彈出，點擊確定將開始點火)，等火焰穩(wěn)定后首先吸噴純凈水。以防止燃燒頭結鹽。

3 實驗過程

3.1 試樣

廣州市華南橡膠輪胎有限公司提供的，添加已知鈷鹽（鈷含量）的硫化橡膠試樣。

3.2 試劑

（a）一級無離子水；

（b）高純乙炔氣瓶；

（c）分析純濃硫酸，比重1.84 g/mL；

（d）分析純濃硝酸，比重1.42 g/mL；

（e）1 000 mg/L鈷Go單元素標準溶液，介質1.0 mol/L硝酸,國家有色金屬及電子材料分析測試中心提供。

3.3 儀器

（a）原子吸收分光光度計 ：北京普析通用AFG型原子吸收分光光度計TAS-990；

（b）鈷離子空心陰極燈：生產廠shuguangming,燈電流4.0 mA,最大電流20.0 mA，負高壓458 V；

（c）空氣壓縮機：普析通用AC-1Y型無油空氣壓縮機；

（d）分析天平：測量精度0.1 mg；

（e）馬弗爐；1 100 ℃以內溫度可控；

（f）電爐子；

（g）干燥器；

（h）坩堝（50 mL）；

（i）燒杯（100 mL）；

（j）容量瓶（100 mL、250 mL）；

（k）石棉板：中央開有放坩堝（50 mL）的圓孔。使坩堝約2/3的部分露于此板之下；

（l）通風廚。

3.4 試驗步驟

3.4.1 試樣稱取

將膠料剪成粒徑不大于1 mm的顆粒狀，用天平準確稱取0.35 g，精確到0.1 mg。3.4.2 試樣碳化

不含氯溴碘的膠樣，將試樣放入瓷坩堝中，在通風廚中將盛裝試樣的坩堝在高溫電爐子上緩緩升溫加熱（干法碳化），揮發(fā)性的分解產物逸出。

如果試樣中含有鹵素：氯溴碘，將試樣放入坩堝中，加入約1～3 mL的濃硫酸使膠樣潤濕（硫酸的量可根據混合物溶脹程度和反應劇烈程度慢慢增加）。將裝有試樣的坩堝置于石棉板的孔內。在適當排風的通風櫥內用電爐慢慢加熱。如果反應開始階段，混合物膨脹嚴重，則撤掉熱源以避免材料可能的損失。當反應變得較慢時，升高溫度，直到過量的硫酸揮發(fā)掉，留下干的炭化殘余物為止。

3.4.3 試樣灰化

將試樣碳化之后的坩堝轉移至馬弗爐中繼續(xù)加熱灼燒直至灰化完全。干法灼燒溫度(550±25) ℃；濕法灼燒溫度(950±25) ℃，灼燒至試樣恒重即完成試樣灰化。

3.4.4 試樣溶解

試樣灰化后冷卻至室溫，用15 mL硝酸溶液（濃度為1V+1V）將灰分轉移到150 mL燒杯中，置電爐(或者電熱板)上小心加熱至完全溶解，冷卻至室溫，轉移至250 mL容量瓶中（若灰分不能完全溶解，則可能含SiO2，為了不影響測試需將溶液過濾），用水稀釋到刻度，搖勻。

3.5 標準曲線的繪制

3.5.1 標準溶液配制

移取10.00 mL鈷標準溶液于100 mL容量瓶中，用硝酸溶液（1V+100V）稀釋到刻度，搖勻即為100 mg/L鈷標準溶液。

取3個干燥潔凈的100 mL容量瓶，用刻度吸管吸取上述溶液，不同體積的鈷標準溶液如表1所示，然后用硝酸溶液（1V+100V）稀釋至刻度并搖勻，制備出鈷標準溶液，應確保標準溶液的濃度范圍覆蓋被測鈷試液的含量。

表1 鈷標準溶液配制表Table 1 Cobalt standard solution Reference Table

3.5.2 標準溶液吸光度的測定

按照濃度由低到高順序依次吸取系列標準溶液至火焰上，分別測定其吸光度，減去標準溶液的空白溶液的吸光度，作為校正后的吸光度。

每一次測定后須吸水，清洗燃燒器。

3.5.3 曲線的繪制

以濃度為橫坐標，校正后的吸光度為縱坐標，繪制標準工作曲線，見圖1。曲線相關性達0.999以上方可進行測試。否則調節(jié)儀器、配制標準溶液，重新測定。

圖1 標準曲線Fig.1 Standardcurve

3.6 試樣測定

將溶解好的試樣吸入至火焰上，分別測定其吸光度。通過標準工作曲線查溶液濃度，計算鈷含量。

4 試驗結果及討論

4.1 標準工作曲線

通過標準溶液測定之后繪制的標準工作曲線見圖1，相關性：0.999 74，可以進行測定。

4.2 實驗測定結果

實驗測定結果見表 2，由表中數據統(tǒng)計可見，SD(標準差)在0.000 3～0.000 5, RSD（相對標準偏差）在小于0.5%范圍內。試驗數據與實際加入的鈷含量理論值趨勢一致，結果相吻合，數據略偏小一點，可能是試樣處理過程中有損失。

表2 試驗結果記錄表Table 2 Test Result Table

4.3 準確度

向試驗樣品中加入一定量的鈷標準溶液，測定回收率，結果見表3。

Table 3 Determination results of recovery rates表3 回收率測定結果

由表3中數據統(tǒng)計可見，試驗準確度在可接受范圍內。

5 結束語

國產TAS-990原子吸收分光光度計用于測定硫化橡膠中鈷含量，操作方便簡捷，測試準確度、靈敏度能夠達到并滿足化學分析試驗方法要求。

［1］中國化工學會橡膠專業(yè)委員會組織編寫. 橡膠助劑手冊[M]. 北京:化學工業(yè)出版社, 2000.

［2］黃一石. 儀器分析[M]. 第二版. 北京：化學工業(yè)出版社, 2012：59-60．

［3］劉植榕, 等. 橡膠工業(yè)手冊 第八分冊 試驗方法[M]. 北京：化學工業(yè)出版社, 1992：398．

［4］魏培海，曹慶國. 儀器分析[M]. 第二版. 北京: 高等教育出版社,2012: 87.