水泥混凝土中微量氯化物的測定

摘　要:本文提出用稀硝酸浸提樣品中氯化物,用氫氧化鈉調節(jié)溶液至堿性,加過氧化氫,加熱、過濾分離去除干擾離子。在硝酸介質中,通過比濁法測定水泥混凝土中微量氯化物。本法檢測限為0. 305μg,線性范圍在2. 0 -60μg,方法回收率在97. 2 - 101. 4 %之間。結果表明,該法具有儀器簡單,結果準確,無毒環(huán)保的特點。

關鍵詞:混凝土;比濁法;氯化物

中圖分類號:O657. 32　文獻標識碼:A　文章編號: 1009 - 8143 (2007) 01 - 0007 - 05

　　普通水泥混凝土是一種用途廣泛的建筑材料,然而干縮開裂是最大的缺點,往往因此產生滲漏銹蝕鋼筋,降低建筑物的使用壽命。目前,國內外已研究和開發(fā)出多種膨脹水泥及混凝土膨脹劑用于各類工程,取得了良好的使用效果。主要特點是在潮濕的條件下能產生體積膨脹。其膨脹機理一般是由于水泥在硬化階段發(fā)生了使水泥體積膨脹的化學反應。但由于在混凝土的施工進程中,有時需要加入少量的氯化物做為促凝劑或早強劑。當氯化物加入量超過一定值時,會引起混凝土中鋼筋的銹蝕,嚴重時造成混凝土崩裂,給工程質量埋下隱患,所以必須嚴格控制?，F(xiàn)在幾乎所有國家在有關水泥標準中都對氯化物進行了限定要求,只有這樣才能確保工程的質量和長期穩(wěn)定性。因此,對氯化物的測定成為水泥化學分析中的一項重要內容。

　　根據《JC 476 - 2001》混凝土膨脹劑中氯的測定是采用《JC /T 420 - 1991》[ 1 ]水泥原料中氯的化學分析方法,該方法是通過蒸餾分離—汞鹽滴定測定水泥原料中的氯。其要點是用規(guī)定的蒸餾裝置在170 - 280℃溫度梯度下,以磷酸和過氧化氫分解試料,以凈化空氣做載體,進行蒸餾,氯化物以氯化氫形式蒸出,用0. 1mol/L 的硝酸做吸收液。蒸餾完畢后,在75% ( v/v)乙醇介質中,在pH值= 3. 5左右,以二苯偶氮碳酰肼為指示劑,用硝酸汞標準滴定溶液進行滴定,終點為櫻桃紅色。此法不足之處是需要配置一套較復雜的專用的氯化物蒸餾裝置,組裝、清洗較繁瑣,而且滴定劑硝酸汞劇毒,即不利于操作人員的健康,也不利于環(huán)境保護。為此建立操作簡單、快速、準確、無毒、環(huán)保的方法以適應市場的需求是十分必需的。本法研究建立了一種用稀硝酸浸提樣品中氯化物[ 2 ] ,用氫氧化鈉調節(jié)溶液至堿性,加過氧化氫,加熱、過濾分離去除干擾離子,在微酸性的硝酸介質中,加入硝酸銀溶液,使氯離子與銀離子生成難溶的氯化銀。當氯離子含量較低時,在一定時間內,氯化銀呈乳白色膠狀懸浮體,使溶液混濁,通過比濁法[ 3 ]測定水泥混凝土微量氯化物含量,其測試結果令人滿意,此方法也適用于水泥原料中氯的化學分析。

1. 　實驗部分

1. 1　儀器和試劑

　　DU 650 單光束掃描型紫外可見分光光度計(美國貝克曼公司) ; AE - 240電子天平(瑞士梅特勒公司) 。

　　1 + 1 ( v/v) 硝酸溶液(分析純) ; 40% (w /v)NaOH溶液(分析純) ; 30%H2O2 溶液( 分析純) ;0. 1mol/L硝酸銀溶液(分析純) :準確稱取17g硝酸銀,用水溶解,放入1L 棕色容量瓶中稀釋至刻度,搖勻;氯標準貯存溶液:取0. 1648g經550℃灼燒過的2h氯化鈉(優(yōu)級純)于500ml燒杯中,加200ml水溶解,移入500ml容量瓶中,以水稀釋至刻度,混勻。此溶液1ml含0. 2mg氯。氯標準使用溶液:移取10. 00ml氯標準貯存溶液于100ml容量瓶中,用水稀釋至刻度,混勻。此溶液1ml含20μg氯。以上實驗用水均為蒸餾水。

1. 2　實驗方法

1. 2. 1 　標準曲線的繪制:吸取含0. 00 2. 00 10. 020. 0 30. 0 40. 0 50. 0 60. 0μg氯的標準使用液,分別放入25ml的比色管中。加入( 1 + 1)硝酸溶液1ml酸化試液,邊搖動邊加入1ml0. 1mol/L 硝酸銀溶液,立即用蒸餾水稀釋至25ml,搖勻,放置12min,以蒸餾水為參比,用1cm石英皿在波長360nm處進行比濁測定,繪制標準曲線。

1. 2. 2　樣品的測定

　　①準確稱取試樣4～6g于100ml燒杯中,加入25mlH2O及2ml ( 1 + 1)硝酸溶液,使溶液呈酸性,(用廣泛pH試紙測試,若溶液不呈酸性,需補加硝酸至溶液顯酸性為止) ,攪拌混勻后全部轉入50ml比色管中,用適量的水清洗燒杯,定容至50ml,搖勻后靜置分離不溶物。

　?、谖∩鲜銮逡?5. 0ml于50ml比色管中,加入2ml40% NaOH溶液使溶液呈堿性(pH值> 10) ,加1～3ml30% H2O2 溶液混勻,放置2min后,于沸水浴上加熱煮沸至無小氣泡產生為止,此時溶液為無色,沉淀顯白色。冷卻至室溫,加水定容至50ml,搖勻,靜置分層或用中速濾紙干過濾取中間濾液。

　?、廴∩锨逡?. 0～10. 0ml (根據樣品中氯化物含量而定)于25ml比色管中,加入6滴(1 + 1)硝酸調節(jié)溶液至中性,再加(1 + 1)硝酸溶液1ml酸化試液,邊搖動邊加入1ml0. 1mol/L硝酸銀溶液,立即加蒸餾水稀釋至25ml,搖勻,放置12min,以蒸餾水為參比,用1cm石英皿,在波長360nm處測定其吸光度。

1. 2. 3　結果計算

　　由待測樣品的吸光度,在標準曲線上查出相應的氯化物μg數,按下式公式便可計算出樣品中氯化物的含量。

　　氯化物(Cl- ) , % =C ×50 ×50 ×10- 4 /m ×25 ×V

　　試中,m為樣品重量, g;

　　　　C為從標準曲線上查得氯化物的含量,μg;

　　　　V為比濁分析時取樣體積,ml

2. 　結果與討論

2. 1　反應條件選擇

2. 1. 1　測定波長的選擇

　　比濁分析的基本原理是,當光線通過一含有微小懸浮質點的懸浮液時,其中一部分光被懸浮體所吸收,一部分光被懸浮體所散射,而剩下的光則透過懸浮溶液。在一定條件下,當懸浮物中質點的數目愈多,也即懸浮體的“濃度”愈大時,則透過光愈弱,散射光則愈強。因此,如使被測物質與一定試劑作用而形成一種難溶的懸浮體,即可根據測量或比較光線在通過懸浮液時透射或散射光的強度來確定懸浮體的“濃度”。

　　按實驗方法,分別對不同濃度的氯化物與試劑空白溶液在300 - 600nm波長范圍內進行掃描,結果見圖1。由紫外可見吸收光譜圖表明,在352 -600nm處均有吸收,且呈線性關系。由于入射光的波長愈短,則散射光的強度就愈大,即吸光度A就愈大,所以應選用短波長為宜。因此,選360nm作為測量波長。

2. 1. 2　靜置時間的選擇

　　氯化銀懸濁液隨放置時間而逐漸凝聚,氯離子的濃度愈大,凝聚的速度亦愈快。因此在測定過程中,就要求在相同的時間內完成工作曲線與試樣溶液的測定。筆者以本測試方法標準最大量60μg氯化物標準為基礎做實驗,試驗表明,在上述規(guī)定的測定條件下,靜置時間為10分鐘測試吸光度最大,12 - 25分鐘吸光度略有減少,但變化不大,故選擇靜置時間為12 分鐘開始測試, 25 分鐘內完成測定,能獲得重現(xiàn)性良好的分析結果。詳細數據見表1。

表1　靜置時間與吸光度A關系

2. 1. 3　硝酸銀試劑用量的選擇

　　筆者以本測試方法40μg氯化物標準為基礎做實驗,試驗表明,在上述規(guī)定的測定條件下,加入的不同體積的0. 1mol/L硝酸銀溶液,由表2可知,當硝酸銀溶液加入量為1ml時,吸光度A值最大,所以選擇加入1ml0. 1mol/L硝酸銀溶液量為宜。

表2　硝酸銀試劑用量與吸光度A關系

2. 1. 4　比濁法測定時溶液酸度的選擇

　　筆者以20μg氯化物標準為基礎,在上述規(guī)定的測定條件下,加入不同體積(1 + 1)濃度的硝酸溶液,詳細數據見表3,從表3得知,加入0. 5 - 1. 5ml硝酸溶液,吸光度基本不變。在此酸度范圍內對氯化物的測定幾乎沒有影響,故選擇加入1. 0ml ( 1 +1)硝酸溶液為宜。

表3　硝酸試劑用量與吸光度A關系

2. 2　方法的相關性和檢測范圍

　　在優(yōu)化的實驗條件下,標準曲線按本法測定,數據見表4,以吸光度A對氯離子含量作圖,得回歸方程A = 0. 00250C + 0. 0117,相關系數r = 0. 9995,表明氯化物濃度在2. 0—60μg范圍內與吸光度A之間呈良好的線性關系,服從比耳定律,結果見圖2。

表4　標準系列測定結果

2. 3　方法檢測限

　　連續(xù)測定空白吸光度20次, AbS值見表5,在置信度為90%時,取置信系數K = 3,依上述線性方程,其工作曲線斜率S = 0. 00250,則相對應的分析物濃度作為方程的檢測限D·L = KSD /S= 3 ×0. 000254 /0. 00250 = 0. 305μg

表5　空白20次平行測定結果

2. 4　方法的準確度

　　為了確證分析結果的可靠性,了解試樣中有無干擾物質存在,應用本法對樣品進行加標回收實驗,結果見表6,由表6可知,本法回收率在97. 2%- 101. 4%之間,平均回收率為99. 0% ,認為共存物質構成干擾已消除。

表6　加標回收率測定結果

2. 6　干擾物質的消除

　　水泥混凝土及水泥原料中化學成分復雜,主要含有SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、MnO、K2O、Na2O、SO3、TiO2、硫化物。用比濁法測定樣品中微量氯化物時,樣品中共存陽離子除Fe3 +在硝酸介質中顯黃色而干擾測定外,其他陽離子均無影響,可加40%NaOH將溶液調至pH值> 10,產生氫氧化鐵沉淀過濾分離,再將濾液用硝酸酸化,然后進行測定,這樣即可消除Fe3 +的干擾。水泥樣品中共存陰離子除硫化物可與硝酸銀溶液中的銀離子生成硫化銀沉淀,嚴重干擾測定,造成正誤差。排除方法是在堿性介質中,加入適量的30%過氧化氫溶液,搖勻放置2min后,在沸水浴中加熱煮沸至無小氣泡產生,以除去過量的過氧化氫溶液,此時,樣品中硫化物被氧化成硫酸根,而硫酸根不干擾測定。若濾液仍顯黃色,說明硫化物未除干靜,應繼續(xù)再加30%過氧化氫溶液,直至濾液呈無色。

2. 7　方法對比試驗

　　本實驗對水泥膨脹劑、礦渣粉、粉煤灰采用相同的前處理,按比濁法與硝酸汞滴定法進行測試,從表8可以看出兩種分析法測得氯化物的相對平均偏差均< 5%,顯示二法結果相吻合,無顯著性差異,說明本法準確可靠。且比濁法無需復雜專用的氯化物蒸餾設備,所用試劑無毒、環(huán)保、安全,能滿足基層單位測定要求。

表8　不同分析方法對水泥原料中氯化物的測定結果

3. 　結論

　　用稀硝酸浸提樣品中氯化物,通過比濁法測定水泥混凝土中微量氯化物含量,通過實驗結果表明,氯化物濃度在2. 0 - 60μg范圍內與吸光度呈良好的線性關系,方法回收率在97. 2 - 101. 4 %之間,最低檢測限為0. 305μg,相對標準偏差RSD < 5% ,證明該方法具有儀器簡單,無需復雜專用的氯化物蒸餾設備,檢測試劑無毒、環(huán)保的特點。結果準確可靠,令人滿意,具有一定的實用價值,值得推廣。

參考文獻

　　[1] JC /T420 - 1991,中華人民共和國行業(yè)標準. 水泥原料中氯的化學分析方法[ S ]. 北京:國家建筑材料工業(yè)局,1991 - 03 - 19.

　　[2] GB /T 8077 - 2000,中華人民共和國國家標準匯編. 混凝土外加劑勻質性試驗方法[ S]. 北京:國家質量技術監(jiān)督局, 2002 - 12 - 18.

　　[3] GB /T 9729 - 1988,中華人民共和國國家標準匯編. 化學試劑氯化物測定通用方法[ S ]. 北京:中華人民共和國化學工業(yè)部, 1988 - 06 - 20.