硫酸鈉含量與電導率的線性關系應用于水合二氧化硅中硫酸鹽含量測定的方法

劉守鳳

(福建省三明同晟化工有限公司，365000)

引言

由于二氧化硅生產中，其可溶性解離鹽(以硫酸鈉計)的百分含量對生產控制尤其重要。生產過程中，控制硫酸鹽含量的多少，會影響到最終產品的這一項出廠指標和使用效果，故生產過程要求能快速檢測其含量。本方法對此有一定的生產應用意義。本研究通過模擬在“測定不同含量沉淀水合二氧化硅水懸浮液pH值的測定”中，稱樣量和加水量的計算，人為添加一定量(通過計算)的硫酸鈉，應用線性回歸方程繪制硫酸鈉水溶液濃度與電導率的線性關系。生產中通過利用測定其pH水分散體懸浮液后的溶液，再測電導率(這樣測定更快，而不需另外再配二氧化硅水溶液測電導率)，代入不同二氧化硅濃度水分散體中硫酸鈉含量與電導率線性回歸方程中計算出其硫酸鹽的含量(以硫酸鈉計)，通過回收率等實驗計算，結果能滿足測定要求。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

無水硫酸鈉(優級純，天津市科密歐化學試劑有限公司生產)，沉淀水合二氧化硅樣品數份，新鮮的蒸餾水(符合GB/T 6682的二級水)。

1.2 儀器與設備

電熱恒溫烘干箱，干燥器，三角錐形瓶，電導率儀(雷磁DDS-307A，鉑黑電極常數：0.954。)，電子天平(萬分之一)，移液管，容量瓶等。

1.3 試液的制備

1.3.1 10%二氧化硅水分散體：按照《橡膠配合劑 沉淀水合二氧化硅水懸浮液pH值的測定(HG/T 3067-2008)》[1]，稱取3.0g二氧化硅溶于30mL蒸餾水制得濃度為10%二氧化硅水分散體的懸浮液。

1.3.2 硫酸鈉溶液的配制：將優級純無水硫酸鈉于105℃烘箱中烘至恒重，放入干燥器冷卻30min后配制。

1.3.3 不同質量的硫酸鈉溶液：模擬配制10%沉淀水合二氧化硅中含有硫酸鹽含有量方法(以硫酸鈉計)，往30mL的蒸餾水中添加不同質量的硫酸鈉使其成不同濃度的硫酸鈉水溶液，測定不同濃度的硫酸鈉含量所對應的水溶液電導率。

1.3.3.1 模擬配制10%沉淀水合二氧化硅含量方法，往30mL的蒸餾水中添加不同質量的硫酸鈉計算,并測出電導率如下：

①按水合二氧化硅中含有0.2%硫酸鈉含量算出相當量的硫酸鈉的質量數，溶解于30mL蒸餾水，所測定出電導率344 us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X1=0.2×3g÷100=0.006(g)

W1=0.006g(Na2SO4)÷3g(樣品)×100%

=0.2%

②按水合二氧化硅中含有0.4%硫酸鹽含量算出相當量的硫酸鈉的質量數，溶解于30mL蒸餾水，所測定出電導率636 us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X2=0.4×3g÷100=0.012(g)

W2=0.012g(Na2SO4)÷3g(樣品)×100%

=0.4%

③按水合二氧化硅中含有0.6%硫酸鹽含量算出相當量的硫酸鈉的質量數，溶解于30mL蒸餾水，所測定出電導率926 us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X3=0.6×3g÷100=0.018(g)

W3=0.018g(Na2SO4)÷3g(樣品)×100%

=0.6%

④按水合二氧化硅中含有0.8%硫酸鹽含量算出相當量的硫酸鈉的質量數，溶解于30mL蒸餾水，所測定出電導率1211 us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X4=0.8×3g÷100=0.024(g)

W4=0.024g(Na2SO4)÷3g(樣品)×100%

=0.8%

⑤按水合二氧化硅中含有1.0%硫酸鹽含量量算出相當量的硫酸鈉的質量數，溶解于30mL蒸餾水，所測定出電導率1488us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X5=1.0×3g÷100=0.03(g)

W5=0.030g(Na2SO4)÷3g(樣品)×100%

=1.0%

⑥按水合二氧化硅中含有1.2%硫酸鹽含量算出相當量的硫酸鈉的質量數，溶解于30mL蒸餾水，所測定出電導率1663us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X6=1.2×3g÷100=0.036(g)

W6=0.036g(Na2SO4)÷3g(樣品)×100%

=1.2%

⑦按水合二氧化硅中含有1.4%硫酸鹽含量算出相當量的純硫酸鈉的質量數，溶解于30mL蒸餾水，所測定出電導率1997 us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X7=1.4×3g÷100=0.042(g)

W7=0.042g(Na2SO4)÷3g(樣品)×100%

=1.4%

⑧按水合二氧化硅中含有1.6%硫酸鹽含量算出相當量的純硫酸鈉的質量數，溶解于30mL蒸餾水，所測定出電導率2190 us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X8=1.6×3g÷100=0.048(g)

W8=0.048g(Na2SO4)÷3g(樣品)×100%

=1.6%

1.3.4 5%二氧化硅水分散體系：按照《口腔清潔護理用品 牙膏用二氧化硅(QB/T 2346-2015)》[2]標準中pH值的測定，稱取3.5g二氧化硅溶于66.5mL蒸餾水方法制得濃度為5%二氧化硅水懸浮液，(因為《口腔清潔護理用品 牙膏用二氧化硅(QB/T 2346-2015)》中指標，總鹽的含量≤2%，所以曲線的最大點只設置到2%)。

1.3.5 不同質量的硫酸鈉溶液： 模擬配制5%沉淀水合二氧化硅含量方法，往66.5mL的蒸餾水中添加不同質量的硫酸鈉使其成不同濃度的硫酸鈉水溶液，測定不同濃度的硫酸鈉含量所對應的水溶液電導率

1.3.5.1 模擬配制5%沉淀水合二氧化硅含量方法，往66.5mL的蒸餾水中添加不同質量的硫酸鈉計算，并測出電導率如下：

①按水合二氧化硅中含有0.4%硫酸鈉含量算出相當量的硫酸鈉的質量，溶解于66.5mL蒸餾水，所測定出電導率288 us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X1=0.4×3.5g÷100=0.014(g)

W1=0.014g(Na2SO4)÷3.5g(樣品)×100%

=0.4%

②按水合二氧化硅中含有0.6%硫酸鹽含量量算出相當量的硫酸鈉的質量，溶解于66.5mL蒸餾水，所測定出電導率505 us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X2=0.6×3.5g÷100=0.021(g)

W2=0.021g(Na2SO4)÷3.5g(樣品)×100%

=0.6%

③按水合二氧化硅中含有0.8%硫酸鹽含量算出相當量的硫酸鈉的質量，溶解于66.5mL蒸餾水，所測定出電導率687us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X3=0.8×3.5g÷100=0.028(g)

W3=0.028g(Na2SO4)÷3.5g(樣品)×100%

=0.8%

④按水合二氧化硅中含有1.0%硫酸鹽含量算出相當量的純硫酸鈉的質量數，溶解于66.5mL蒸餾水，所測定出電導率814 us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X4=1.0×3.5g÷100=0.035(g)

W4=0.035g(Na2SO4)÷3.5g(樣品)×100%

=1.0%

⑤按水合二氧化硅中含有1.2%硫酸鹽含量量算出相當量的純硫酸鈉的質量數，溶解于66.5mL蒸餾水，所測定出電導率947us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X5=1.2×3.5g÷100=0.042(g)

W5=0.042g(Na2SO4)÷3.5g(樣品)×100%

=1.2%

⑥按水合二氧化硅中含有1.4%硫酸鹽含量算出相當量的純硫酸鈉的質量數，溶解于66.5mL蒸餾水，所測定出電導率1169us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X6=1.4×3.5g÷100=0.049(g)

W6=0.049g(Na2SO4)÷3.5g(樣品)×100%

=1.4%

⑦按水合二氧化硅中含有1.6%硫酸鹽含量算出相當量的純硫酸鈉的質量數，溶解于66.5mL蒸餾水，所測定出電導率1305us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X7=1.6×3.5g÷100=0.056(g)

W7=0.056g(Na2SO4)÷3.5g(樣品)×100%

=1.6%

⑧按水合二氧化硅中含有2.0%硫酸鹽含量算出相當量的純硫酸鈉的質量數，溶解于66.5mL蒸餾水，所測定出電導率1650 us/cm。

硫酸鈉質量計算:

X8=2.0×3.5g÷100=0.07(g)

W8=0.07g(Na2SO4)÷3.5g(樣品)×100%

2 結果與分析

2.1 硫酸鈉含量與電導率關系

2.1.1 10%二氧化硅水分散體硫酸鈉含量與電導率關系

模擬配制10%沉淀水合二氧化硅pH值測定用的懸浮液方法，往30mL的蒸餾水中添加不同質量的硫酸鈉使其成不同濃度的硫酸鈉水溶液，測定不同濃度的硫酸鈉含量所對應的水溶液電導率；其測定結果見表1，繪制出折算為10%水分散體中沉淀水合二氧化硅中硫鈉百分含量與電導率的工作曲線及線性方程見圖1，其工作曲線的線性方程為：

y=132232x+116.79; R2=0.9967。

表1 二氧化硅10%水分散體中不同硫酸鈉 含量與電導率測定數據

圖1 水合二氧化硅10%水分散體硫酸鈉與電導率工作曲線

2.1.2 5%二氧化硅水分散體系硫酸鈉含量與電導率關系

模擬配制5%沉淀水合二氧化硅pH值測定用的懸浮液方法，往66.5mL的蒸餾水中添加不同質量的硫酸鈉使其成不同濃度的硫酸鈉水溶液，測定不同濃度的硫酸鈉含量所對應的水溶液電導率；其測定結果見表2，繪制出折算為5%水分散體系中沉淀水合二氧化硅中硫酸鈉百分含量與電導率的工作曲線及線性方程見圖2，其工作曲線的線性方程為：工作曲線的線性方程為：

y=83066x-13.872；R2=0.9968

表2 二氧化硅5%水分散體中不同硫酸鈉 含量與電導率測定數據

圖2 水合二氧化硅5%水分散體硫酸鈉與電導率工作曲線

2.2 加標回收與精密度實驗

往5%水分散體系沉淀水合二氧化硅懸浮液和10%水分散體系沉淀水合二氧化硅懸浮液分別加入0.2%和0.4%無水硫酸鈉進行回收率試驗，結果見表3。

表3 水分散體系沉淀水合二氧化硅 懸浮液回收率試驗結果

2.4 橡膠用氧化硅與牙膏用氧化硅樣品硫酸鹽含量檢測

依1.3.1及1.3.3方法分別對橡膠用二氧化硅與牙膏用二氧化硅配制成10%水分散體系和5%水分散體系懸浮液，分別測定其電導率，并將測得的電導率代入相應的水分散體水合二氧化硅硫酸鈉含量與電導率的工作線性方程中，計算得出相應的樣品硫酸鹽的百分含量(以硫酸鈉計)，結果見表4。從表4的測定結果可以看出：沉淀水合二氧化硅中硫酸鹽含量，通過電導率測定，不管是配成10%還是5%的水分散體懸浮液，得到的檢測結果都符合要求。

表4 二氧化硅10%水分散體與二氧化硅 5%水分散體硫酸鹽含量檢測結果比較

3 討論與結論

按照《橡膠配合劑 沉淀水合二氧化硅水懸浮液pH值的測定(HG/T 3067-2008)》及《口腔清潔護理用品 牙膏用二氧化硅(QB/T 2346-2015)》標準中pH值的測定，本研究通過模擬測定“10%沉淀水合二氧化硅水懸浮液和5%沉淀水合二氧化硅水懸浮液”的水溶液中，通過添加一定質量的無水硫酸鈉，應用線性回歸方程繪制硫酸鈉水溶液濃度與電導率的工作曲線圖，生產中通過測定其pH后的水分散體懸浮液的電導率，代入不同二氧化硅濃度水分散體系中硫酸鈉含量與電導率線性回歸方程中計算出其硫酸鹽的含量(以硫酸鈉計)；其檢測方法滿足測定要求，為二氧化硅生產過程中能快速測定其硫酸鹽含量及控制產品硫酸鹽含量提供了較為可靠的測定方法。