王 毅
(沈陽(yáng)市化工學(xué)校, 遼寧 沈陽(yáng) 110122)
硫化橡膠中的鈷絕大部分是由黏合促進(jìn)劑帶入。黏合促進(jìn)劑也叫黏合增進(jìn)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(xué)作用,但能夠促進(jìn)橡膠與同質(zhì)或異質(zhì)材料的結(jié)合。有機(jī)鈷鹽就是一種粘合促進(jìn)劑,它能夠促進(jìn)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(jī)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(jī)鈷鹽類(lèi)黏合促進(jìn)劑可直接加入膠料中,在硫化溫度下,這些鈷鹽中的二價(jià)鈷離子能夠促進(jìn)橡膠與鍍層界面上硫化亞鋼或硫化鋅的增長(zhǎng),從而增進(jìn)了橡膠與鋼絲等異質(zhì)材料的相互結(jié)合[1]。
隨著半鋼、全鋼子午線輪胎結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展,市場(chǎng)占有率的不斷增大,鈷含量的測(cè)定對(duì)配方研究、輪胎剖析工作所起的作用也越來(lái)越重要。傳統(tǒng)的鈷測(cè)定方法有比色法、滴定法等。
本文采用原子吸收法測(cè)定橡膠中的鈷含量。目前大多數(shù)試驗(yàn)單位儀器是進(jìn)口設(shè)備,本實(shí)驗(yàn)使用北京普析通用AFG型原子吸收分光光度計(jì) TAS-990進(jìn)行測(cè)定。
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(zhǎng)的光的能量進(jìn)入“激發(fā)態(tài)”。隨著光路中原子數(shù)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(zhǎng)來(lái)確定特定的元素。通過(guò)測(cè)量光線被吸收后的減弱程度,可以定量確定被測(cè)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(jìn)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(dāng)濃度的溶液,然后導(dǎo)入原子吸收光譜儀的空氣-乙炔火焰中,火焰使被測(cè)樣品的灰分溶液蒸發(fā)形成氣態(tài)原子,這些原子蒸汽對(duì)銳線光源(鈷空心陰極燈)發(fā)射的特征譜線240.7 nm產(chǎn)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(guò)測(cè)量鈷元素的吸光度,根據(jù)相同條件下確定的鈷標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,計(jì)算試樣中相應(yīng)鈷元素的含量。
依次打開(kāi)打印機(jī),顯示器,計(jì)算機(jī)電源開(kāi)關(guān),等計(jì)算機(jī)完全啟動(dòng)后,打開(kāi)原子吸收主機(jī)電源。
在計(jì)算機(jī)桌面上雙擊快捷方法圖標(biāo),出現(xiàn)窗口,選擇聯(lián)機(jī)方式,點(diǎn)擊確定,出現(xiàn)儀器初始化界面。等待3~5 min(聯(lián)機(jī)初始化過(guò)程),等初始化各項(xiàng)出現(xiàn)確定后,將彈出如下窗口,選擇元素?zé)艉皖A(yù)熱燈窗按Co燈預(yù)熱。
選擇工作燈鈷并預(yù)熱燈,選擇光譜帶寬為 0.2 nm,設(shè)置完成后點(diǎn)擊下一步。出現(xiàn)設(shè)置波長(zhǎng)窗口。不要更改默認(rèn)的波長(zhǎng)值,直接點(diǎn)擊尋峰。將彈出尋峰窗口,等尋峰過(guò)程完成后,儀器參數(shù)設(shè)置完成。
(a)選擇校正方法:
(b)標(biāo)準(zhǔn)曲線法;
(c)曲線方程:為一次方程;濃度單位:μg/mL;
(d)輸入標(biāo)準(zhǔn)樣品的濃度和個(gè)數(shù);
(e)輸入待測(cè)樣品數(shù)量,名稱(chēng),起始編號(hào),以及相應(yīng)的稀釋倍數(shù)等信息,即完成樣品設(shè)置。
依次打開(kāi)空氣壓縮機(jī)工作開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥,使得空氣壓力穩(wěn)定在0.2~0.25 MPa后;打開(kāi)乙炔鋼瓶主閥,調(diào)節(jié)出口壓力在0.05~0.06 MPa(點(diǎn)火前后出口壓力可能有變化,這里指點(diǎn)火后的壓力);檢查水封,點(diǎn)擊點(diǎn)火(第1次點(diǎn)火時(shí)有點(diǎn)火提示窗口彈出,點(diǎn)擊確定將開(kāi)始點(diǎn)火),等火焰穩(wěn)定后首先吸噴純凈水。以防止燃燒頭結(jié)鹽。
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。
(a)一級(jí)無(wú)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(biāo)準(zhǔn)溶液,介質(zhì)1.0 mol/L硝酸,國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心提供。
(a)原子吸收分光光度計(jì) :北京普析通用AFG型原子吸收分光光度計(jì)TAS-990;
(b)鈷離子空心陰極燈:生產(chǎn)廠shuguangming,燈電流4.0 mA,最大電流20.0 mA,負(fù)高壓458 V;
(c)空氣壓縮機(jī):普析通用AC-1Y型無(wú)油空氣壓縮機(jī);
(d)分析天平:測(cè)量精度0.1 mg;
(e)馬弗爐;1 100 ℃以?xún)?nèi)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(kāi)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(fēng)廚。
3.4.1 試樣稱(chēng)取
將膠料剪成粒徑不大于1 mm的顆粒狀,用天平準(zhǔn)確稱(chēng)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(fēng)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(chǎn)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(rùn)濕(硫酸的量可根據(jù)混合物溶脹程度和反應(yīng)劇烈程度慢慢增加)。將裝有試樣的坩堝置于石棉板的孔內(nèi)。在適當(dāng)排風(fēng)的通風(fēng)櫥內(nèi)用電爐慢慢加熱。如果反應(yīng)開(kāi)始階段,混合物膨脹嚴(yán)重,則撤掉熱源以避免材料可能的損失。當(dāng)反應(yīng)變得較慢時(shí),升高溫度,直到過(guò)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(cè)試需將溶液過(guò)濾),用水稀釋到刻度,搖勻。
3.5.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制
移取10.00 mL鈷標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溶液。
取3個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溶液,應(yīng)確保標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度范圍覆蓋被測(cè)鈷試液的含量。
表1 鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液配制表Table 1 Cobalt standard solution Reference Table
3.5.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度的測(cè)定
按照濃度由低到高順序依次吸取系列標(biāo)準(zhǔn)溶液至火焰上,分別測(cè)定其吸光度,減去標(biāo)準(zhǔn)溶液的空白溶液的吸光度,作為校正后的吸光度。
每一次測(cè)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(biāo),校正后的吸光度為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,見(jiàn)圖1。曲線相關(guān)性達(dá)0.999以上方可進(jìn)行測(cè)試。否則調(diào)節(jié)儀器、配制標(biāo)準(zhǔn)溶液,重新測(cè)定。
圖1 標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standardcurve
將溶解好的試樣吸入至火焰上,分別測(cè)定其吸光度。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線查溶液濃度,計(jì)算鈷含量。
通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定之后繪制的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線見(jiàn)圖1,相關(guān)性:0.999 74,可以進(jìn)行測(cè)定。
實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表 2,由表中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可見(jiàn),SD(標(biāo)準(zhǔn)差)在0.000 3~0.000 5, RSD(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差)在小于0.5%范圍內(nèi)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際加入的鈷含量理論值趨勢(shì)一致,結(jié)果相吻合,數(shù)據(jù)略偏小一點(diǎn),可能是試樣處理過(guò)程中有損失。
表2 試驗(yàn)結(jié)果記錄表Table 2 Test Result Table
向試驗(yàn)樣品中加入一定量的鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液,測(cè)定回收率,結(jié)果見(jiàn)表3。
Table 3 Determination results of recovery rates表3 回收率測(cè)定結(jié)果
由表3中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可見(jiàn),試驗(yàn)準(zhǔn)確度在可接受范圍內(nèi)。
國(guó)產(chǎn)TAS-990原子吸收分光光度計(jì)用于測(cè)定硫化橡膠中鈷含量,操作方便簡(jiǎn)捷,測(cè)試準(zhǔn)確度、靈敏度能夠達(dá)到并滿(mǎn)足化學(xué)分析試驗(yàn)方法要求。
[1]中國(guó)化工學(xué)會(huì)橡膠專(zhuān)業(yè)委員會(huì)組織編寫(xiě). 橡膠助劑手冊(cè)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2000.
[2]黃一石. 儀器分析[M]. 第二版. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2012:59-60.
[3]劉植榕, 等. 橡膠工業(yè)手冊(cè) 第八分冊(cè) 試驗(yàn)方法[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 1992:398.
[4]魏培海,曹慶國(guó). 儀器分析[M]. 第二版. 北京: 高等教育出版社,2012: 87.