第23卷第3期2015年9月盐湖研究
JOURNALOF SALT LAKE RESEARCHVol. 23No. 3Sep. 2015
称量滴定法分析硫酸根含量
吕
1,2
钟鹏,
11
远,孟瑞英,孙
11
柏,宋彭生
(1.中国科学院青海盐湖研究所,青海西宁810008;2.中国科学院大学,北京100049)
摘
要:依据茜素红容量法滴定硫酸根的原理,采用称量滴定法分析硫酸根含量,考察了滴定速度、指示剂
pH 对实验结果的影响。在确定了基本滴定条件后对实验方法的准确度、浓度、醇含量、精密度以及加标回
+--
NH +、K +、Mg 2+、Li +、Ca 2+、CO 2B 4O 2收进行了测定。消除了共存离子(Na 、3、7)存在时对硫酸根含量分析
均可使分析精度为ʃ 0.3%。结果的影响。当测定硫酸根含量在19 103mg 范围内,关键词:硫酸根离子;称量滴定法;茜素红中图分类号:O655.1
文献标识码:A
文章编号:1008-858X (2015)03-0005-09
在容量滴定法中,主要包括EDTA 容量
引言
盐湖中硫酸盐种类繁多,如石膏(CaSO 4·
法
[30-32]
[33][34-35]
、、毛细管滴定法、示波极谱法[36-39][41-43]
[40]
、铬酸钡容量滴定法、盐酸[44-47]、茜素红容量滴定法等。
电位滴定法联苯胺容量
2H 2O )、7H 2O )、泻利盐(MgSO 4·芒硝(Na 2SO 4·
10H 2O )和天青石(SrSO 4)等,这些盐湖资源均具有开采利用价值。硫酸钾作为主要无氯
[2]
因钾肥,同时具有钾元素、硫元素双重肥效,此,硫酸根的准确分析对于盐湖资源的综合开发具有潜在的经济价值。
例如重量硫酸根的分析方法有很多,法
[3][3-6]
、、容量滴定法、光度比浊法电感偶
[7-9][10-12]
、、荧光光谱法合等离子发射光谱法
[13-15]
[3]
[1]
茜素红容量滴定法和盐酸联苯胺容量滴定法的精度、准确度和操作方法明显优于其它5种方法。相对于茜素红容量滴定法而言,盐酸联苯胺容量滴定法涉及到沉淀的转移和溶解,这使得实验步骤既繁琐又引入了误差。
但茜素红容量法滴定硫酸根,主要适用于干扰离子浓度很小的样品分析。对于硫酸盐型和氯化物型前期卤水体系而言,其组分复杂,各种常量浓度的阴阳离子共存,干扰离子对硫酸根含量分析带来了较大的误差。茜素红容量法分析卤水样品存在适用性问题。对于常量的干扰离子,直至所对应的盐类饱和状态时,茜素红容量滴定分析法未涉及。
本文对茜素红容量滴定法的基本滴定条件进行了深入研究,并获得了消除共存离子干扰的方法,使其精度和准确度进一步提高,从而建立了一种快速、准确的分析方法。
铬酸钡光度法子吸收法
[25]
[16-19]
、、离子选择电极法毛[20-21]
、ICP -MS 法[22-24]、原细管区带电泳法
[26-29]
、离子色谱法等。
仪器分析法和容人们分别用重量法、
量滴定法对常量硫酸根的分析方法进行过研究,可谓各有其特长和弱项。容量滴定法准确度高、操作简单快速、适用范围广,较前两类分析方法具有一定的优势,但易受碱金属和碱土金属离子影响,滴定时有干扰,引起分析偏差。
收稿日期:2015-01-18;修回日期:2015-03-26作者简介:吕通信作者:孙
鹏(1989-),主要研究方向为分析化学。男,硕士研究生,柏。Email :sunb@isl.ac.cn 。
6盐湖研究第23卷
匀。实验过程中所用的K 2SO 4溶液,都是由
1
1.1
实验部分
原
理
0. 025m (BaCl 2)溶液标定得到。浓度单位同上。
0.1%茜素红指示剂
称取0.130g 茜素
10-二氢-3,4-二羟基-9,10-二氧代红(9,
-2-蒽磺酸单钠盐,A.R.,天津市光复精细化工研究所)溶于25mL 烧杯中,待茜素红完全溶解后转入130mL 的指示剂瓶中,用水稀释到130.00g ,溶液浓度约为0.1%。
3mol /L醋酸溶液
移取85mL 冰乙酸
(A.R.,天津市永大化学试剂制造有限公司)于500mL 试剂瓶中,并稀释至500.0mL 。
无水乙醇(A.R.,天津市富宇精细化工有限公司)。
分析天平多利斯公司)。
pH 测定仪
K 2SO 4(E.
PHSJ -4F 型实验室pH 计
(上海仪电科学仪器股份有限公司)。
其它溶液按常规配制,所用试剂均为G.R.试剂。1.3
分析方法
1)氯化钡溶液的标定
分别准确称取
BP 210S 型分析天平(德国赛
茜素红容量法是在酸性乙醇—水溶液中,以茜素红作指示剂,用标准钡溶液对硫酸根进行直接滴定。硫酸根和钡离子反应,生成具有固定组成的晶型沉淀硫酸钡,当钡离子过量时与茜素红指示剂络合,使溶液由黄色变成粉红色,达到滴定终点。1.2
试剂与仪器水
经离子交换和二次蒸馏的纯水,电导
-4
m -1,率<1.2ˑ 10S ·溶液配制及滴定实验均
使用此水。
0.025和0.05m (K 2SO 4)标准溶液
P.,天津市光复精细化工研究所)在750ħ 恒重4h 后,分别精确称量2.1900g 和4.3900g 于500mL 试剂瓶中,并稀释到500.00g ,摇匀。密封保存。·kg -1溶液。·kg -1H 2O 或mol 浓度单位mol
0.025m (BaCl 2)溶液
称取5.2g BaCl 2(A.
R.,天津市恒兴化学试剂制造有限公司)溶解于1000mL 试剂瓶中,稀释至1000.0mL ,摇匀,密封保存。其浓度用0.025和0.05m (K 2SO 4)标准溶液进行6平行标定。浓度单位同上。
0.05m (K 2SO 4)溶液
称取4.35g K 2SO 4(G.
R.天津市光复科技发展有限公司),溶解转入500mL 试剂瓶中,加水稀释至500.0g 溶液,摇
表1Table 1
编12345号
滴定速度/(d ·s -1)0.570.601.101.001.331.472.001.972.232.27
0. 025mol ·kg -1(m SO41)硫酸钾标准溶液10. 0000g (w SO41)和0.05mol ·kg -1(m SO42)硫分酸钾标准溶液5. 0000g (w SO42)于锥形瓶中,
-1
别加入3mol ·L 醋酸溶液10mL 、无水乙醇
10mL ,滴加茜素红指示剂6滴,用氯化钡溶液(w Ba )滴定至溶液呈粉红色为终点。
滴定速度的影响实验The effect of titration rate
2-
测定SO 4浓度/(mol ·kg -1)
0.025250.025160.025020.025040.025070.025140.025130.025010.025240.02519
理论SO 4浓度/(mol ·kg -1)
2-
相对误差
/%
0.670.34-0.21-0.16-0.030.230.20-0.280.640.45
0.02508
第3期
m Ba =氯化钡浓度计算公式,
吕鹏,等:称量滴定法分析硫酸根含量
。(1)
2.1
滴定速度实验
7
m SO 4·w SO 4
w Ba
m Ba 为氯化钡浓度(mol ·kg -1);式(1)中,
w SO 4为标准样取样量(g );w Ba 为氯化钡溶液用量(g );m SO 4为硫酸钾标准溶液浓度(mol ·kg -1)。
2)未知样分析
准确称取10. 0000g
-
(w SO 4)未知样溶液(约含SO 2424mg )于锥形瓶
硫酸根和钡离子反应时,能快速达到平衡。沉淀反应中滴定速度会影响沉淀的形成与溶解、沉淀的吸附与包裹问题。本实验在不同滴定速度下,考察滴定速度对分析结果的影响,从而获得最佳滴定速度。滴定结果见表1。
硫酸钡沉淀是一个快速的动态平衡,从表1中可以看出,滴定速度太慢时,硫酸钡沉淀会逆向反应,发生溶解现象,影响样品分析效率。滴定速度太快时,硫酸钡在形成沉淀时容易包裹钡离子,引起分析误差。因此,在滴定样品时应尽量保持滴定速度一致,滴定速度以1. 0 2.0滴/s为宜。2.2
醇含量实验
-10
虽然硫酸钡的Ksp =1.1ˑ 10,但并不意
·L -1醋酸溶液10mL ,加入约中,加入3mol 10mL 无水乙醇溶液,滴加茜素红指示剂6 8滴,用氯化钡溶液(w B a )滴定至粉红色为终点。样品溶液硫酸根计算公式,
w Ba ˑ m Ba
W =·w SO 4·M SO 4。
w SO 4
(2)
W 为未知样硫酸根含量(mg );式(2)中,
w Ba 为氯化钡溶液用量(g );m Ba 为氯化钡溶液浓
-1
度(mol ·kg );w SO 4为未知样取样量(g );M SO 4
为硫酸根分子量。
精上述实验方法中计量用分析天平称重,确至0.0001g 。为便于计算,实验中采用mol ·kg -1溶液。
味着硫酸钡不会在水中溶解,因此在滴定体系中加入一定量的无水乙醇,可以减小硫酸钡沉淀在水中的溶解度,进一步提高本方法的分析准确度。通过加入不同量的无水乙醇,考察无水乙醇含量对本方法的影响。实验结果见表2。
2结果与讨论
表2
Table 2
编123456号
无水乙醇/mL0510152025
醇含量影响实验结果
-
The effect of alcohol content on the analysis results of SO 24
测定SO 4浓度/(mol ·kg -1)0.027090.025760.025090.025070.025140.025160.054210.054230.054340.054420.025560.02533
2-
理论SO 4浓度/(mol ·kg -1)0.025140.025140.025140.054170.054170.02508
2-
相对误差/%8.042.73-0.20-0.300.000.060.070.110.310.461.930.99
8盐湖研究
从表2中可以看出,无水乙醇加入量太少
第23卷
合指示剂,其作为酸碱指示剂的变色范围pH 3. 7(黄) 5.2(紫),而作为络合指示剂使茜素红需要先被磺化,然后才能与钡离子用时,
络合。因此,应控制其pH <3.7。通过加入不同的缓冲溶液,考察pH 对本方法的影响。结果列于表3中。
时,硫酸钡沉淀仍有一定的溶解,影响了样品分析准确度。无水乙醇加入量太多时,乙醇阻碍了钡离子与茜素红在水中的络合效应,使指示剂变色不灵敏。因此,在滴定样品时加入一定量的无水乙醇可以提高分析准确度,无水乙醇含量为滴定前总溶液量的19.5% 30.5%为宜。2.3
酸度的影响
茜素红不仅是酸碱指示剂而且还可作为络
表3
Table 3
编1234567号
pH 1.3891.3841.9851.9752.3812.3762.6082.5873.1033.1193.6523.6483.8343.848
pH 的影响实验
-
The effect of pH on the analysis results of SO 24
测定SO 4浓度/(mol ·kg -1)0.053010.053030.024870.024970.025020.024930.025160.025120.025820.025830.024240.026560.051080.05207
2-
理论SO 4浓度/(mol ·kg -1)0.054170.025080.025140.025140.025710.025140.05417
2-
相对误差/%-2.14-2.10-0.81-0.41-0.49-0.820.09-0.090.440.47-3.605.64-5.71-3.89
pH 值偏低时,从表3中可以看出,硫酸钡会在H 离子的作用下出现一定的溶解现象,引起分析偏差;pH 偏高时,接近酸碱变色范围,会影响指示剂的变色灵敏度。因此,在滴定样品时pH 值保证在一定的范围可以提高分析准pH 值范围为2.3 2.7,确度,其中以pH =2.5为宜。2.4
指示剂浓度的影响
本方法以茜素红作为指示剂,通过茜素红与钡离子的络合,形成粉红色突变来指示终点,
+
因此指示剂变色的灵敏度对分析结果起至关重要的作用。通过加入不同量的指示剂,考察指示剂的加入量对本方法的影响。结果列于表4中。
从表4中可以看出,指示剂的加入量偏低时,其终点颜色太浅不易观察,会引起一定的偏差。指示剂加入量偏高时,其基体颜色偏重,终点突变色不明显。因此,在滴定样品时指示剂加入量在一定的范围内可以提高分析准确度,滴定前体系中茜素红指示剂的百分含量以0.000655% 0.001641%为宜。
第3期吕鹏,等:称量滴定法分析硫酸根含量
表4
指示剂浓度的影响实验测定SO 4浓度/(mol ·kg -1)
0.025160.025290.025020.025060.025020.025100.025070.025090.025060.025110.025270.025190.025270.02518
0.02508
2-
9
Table 4
编1234567号
滴2468101214数
-
The effect of indicator concentration on the analysis results of SO 24
指示剂百分含量
/%0.0003270.0003290.0006550.0006570.0009830.0009980.0013120.0013140.0016410.0016400.0019720.0019710.0023100.002300
理论SO 4浓度/(mol ·kg -1)
2-
相对误差/%0.340.86-0.23-0.06-0.220.10-0.020.06-0.080.140.770.430.780.42
2.5精密度与准确度
本方法是采用基准硫酸钾溶液标定氯化钡
用的硫酸钾溶液。因此,在确定了实验条件情况下,采用氯化钡溶液滴定基准硫酸钾溶液,并考察该方法精密度与准确度,为后面数据的可靠性提供理论基础。结果见表5。
再用标定过的氯化钡溶液二次标定实验溶液,
表5
Table 5
编123456789号
基准硫酸钾中
-
SO 2含量/mg4
准确度与精密度实验
反算BaCl 2/(mol ·kg -1)0.024120.024120.024080.024080.024120.024110.024100.024100.02409
0.02410
0.083
BaCl 2平均值/(mol ·kg -1)
The accuracy and precision of this method
准确度/%-0.09-0.090.110.10-0.09-0.030.170.170.23
精密度/%
氯化钡滴定
-
SO 2含量/mg4
29.5329.5229.5727.4627.0426.9927.2327.0827.05
29.5029.5029.6027.4927.0126.9827.2827.1227.11
该方法的准确度和精密度由表5可看出,
都较高,分别为ʃ 0.23%和ʃ 0.083%。因此,
在无干扰离子存在时,本方法具有可靠性,实验数据具有可信性。2.6
加标回收实验
的硫酸钾标准溶液5. 0000g 和10. 0000g 进行平行实验,以考察不同加标量下方法的准确度。分析结果见表6。
从表6可以看出,硫酸根回收率在99. 32% 100.34%之间,平均回收率为99. 83%。此方法适合硫酸根的分析,具有较高的准确性。
分别准确称取约含硫酸根为25. 00mg 、49. 00mg 、75. 00mg 试样,准确加入0.01mol /kg
10
表6
Table 6
编号123456
测定SO 4量
/mg24.8524.9524.9724.9549.9349.8249.6249.6575.2374.8374.8074.85
2-
盐湖研究
加标回收实验结果
2-
第23卷
Resultsof the standard addition recovery experiment
加标SO 4量
/mg4.994.969.849.864.964.969.829.804.954.949.839.85
总测定SO 4量
/mg29.8229.9234.7934.8254.8954.7659.4859.4480.1679.7684.5984.69
2-
回收率/%99.62100.1999.92100.1499.9799.56100.3499.8599.3299.6599.6299.96
2.7分析含量范围实验
经典重量法可准确分析含量为50
表7
Table 7
编号1
理论SO 4
/mg19.4419.5819.55102.89
2
101.66103.09
2-
100mg 的硫酸根,本方法以此为基础,扩大试验范围,获得了茜素红法准确测定硫酸根的范围,现将结果列于表7。
分析含量范围实验结果
测定SO 4
/mg19.4919.6219.61102.77101.67103.18
2-
Resultsof the range of analysis content
相对误差/%0.280.190.28-0.120.010.08
该法相对于重量法而言,从表7可以看出,
具有更广的分析范围,可准确分析19 103mg 的硫酸根,使得该方法的适用性更加广泛。2.8
共存离子干扰实验
实际卤水常伴随有其它共存离子,需要考察共存离子对该滴定反应的影响。已知微酸性
2+
Sr 2+、Hg 2+等离子发生溶液中,硫酸根与Pb 、
+-
Mg 2+、Ca 2+、Na +、K +、CO 2本文考察Li 、3、-
B 4O 2NH 4+8种常见离子对滴定结果的影响。7、
共存离子溶液配制浓度见表8,所用试剂中KCl 、LiCl 、CaCl 2为分析纯或优级纯试剂经二次重结晶,其余皆为优级纯试剂。将配制的共存离子溶液,加入到已知硫酸钾浓度的溶液中,测定溶液中硫酸根浓度,将测定浓度与已知溶液浓度进行对比。
沉淀反应
[48]
,因此不再对这几种离子做研究。
表8
Table 8
加入的盐溶液浓度
Concentration of the added salt solution MgCl 210.23
NaCl 8.33
Na 2CO 32.16
Na 2B 4O 75.01
KCl 20.55
NH 4Cl 3.37
盐种类含量/%
CaCl 23.00
LiCl 30.01
第3期吕鹏,等:称量滴定法分析硫酸根含量
表9
共存离子对实验结果的影响
11
Table 9
编号12345678
加
入
考察离子Ca 2+Li +Mg 2+Na +
-
CO 23
Effect of coexisted ions on experiment results
与SO 4离子质量比3.163.1512.9112.487.037.135.155.131.841.847.387.4222.5422.681.611.61
2-
-
SO 2理论值4
-
SO 2测定值4
相对误差/%0.080.12-0.16-0.22-0.23-0.14-0.17-0.120.11-0.22-0.14-0.260.240.150.110.13
盐溶液CaCl 2LiCl MgCl 2NaCl Na 2CO 3Na 2B 4O 7
KCl NH 4Cl
/mg25.8025.7124.2824.9826.2725.9626.2026.2631.0130.9824.3724.3226.1325.9530.7930.78
/mg25.8225.7524.2424.9226.2125.9326.1526.2331.0430.9124.3424.2526.1925.9930.8230.82
-
B 4O 27
K +NH 4+
NaCl 、KCl 、NH 4Cl 、首先,定性考察LiCl 、MgCl 2、CaCl 2、Na 2B 4O 7、Na 2CO 3是否与硫酸根反应,向硫酸根溶液中分别逐滴加入表8中LiCl 、KCl 、NH 4Cl 、NaCl 、MgCl 2、CaCl 2、Na 2B 4O 7、Na 2CO 3溶液,加到20滴(约0.8g )时溶液中均未出现沉淀。这说明上述盐所含离子在一定的浓度下不与硫酸根发生沉淀反应。
其次,盐溶液浓度的选择,是根据溶解度手册而来,盐溶液达到饱和状态下,硫酸根含量最少时,使干扰离子与硫酸根的质量比达到最大,其中阳离子或阴离子与硫酸根的质量比分别
--2-
NH 4+/SO2CO 2为,质量比1.6、质量比43/SO4--1.8、Li +/SO2Mg 2+/SO2质量比12.9、质量44--
K +/SO2Ca 2+/SO2比7.2、质量比22.5、质量44
3结论
获得了醇含量在该方法采用称量滴定法,
19% 31%、pH 在2.3 2.7、滴定体系中茜素红指示剂的百分含量为0.000655% 0.001641%,滴定速度在1 2d /s的条件下,可准确分析19 103mg 的硫酸根,使分析精度
+2-
为ʃ 0.3%。同时对NH 4/SO4质量比为1. 6,-2--
CO 2Li +/SO2质量比为1.8,质量比为3/SO44--12.9,Mg 2+/SO2K +/SO2质量比为7.2,质量44-
Ca 2+/SO2Na +/质量比为3.1,比为22.5,4--2-
B 4O 2SO 2质量比为5.1,质量比达到47/SO4
7.4的条件下,通过加入掩蔽剂,均可使分析精度为ʃ 0.3%,使得该方法应用范围更广泛。参考文献:
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+
2-
4B 4O 质量比5.1、
+
2-
7
/SO
2-4
质
其在实验中除了NH 4离子不干扰滴定外,它离子均有不同程度的干扰。从表9中可以看出,在干扰离子的存在下,通过加入适当的掩蔽剂,使干扰离子得以掩蔽,从而可以精确分析硫酸根的含量。该方法可适用于体系复杂、高浓度的盐湖卤水体系,分析精度为ʃ 0.3%。
12盐湖研究
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Weighing Titration Analysis of the Sulfate Content
2
LV Peng 1,,ZHONG Yuan 1,MENG Rui-ying 1,SUN Bai 1,SONG Peng-sheng 1
(1.Qinghai Institute of Salt Lakes ,Chinese Academy of Sciences ,Xining ,810008,China ;
2.University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing ,100049,China )
Abstract :Based on the principle of alizarin red S titration sulfate with volumetric method ,the weighing titration analysis method of sulfate radical content was established.The influences of titration speed ,indi-cator concentration ,alcohol content ,and pH on the results of the experiment were investigated.Accura-cy ,precision and standard addition recovery of this method were determined after the basic titration condi---
tions.And the effects of the coexistence ions including Na +,NH 4+,K +,Mg 2+,Li +,Ca 2+,CO 2B 4O 23,7
were eliminated.When the determination of sulfate radical content within 19 103mg ,the analysis accu-racy are less than ʃ 0.3%.
Key words :Sulfate ions ;Weighing titration ;Alizarin red
《盐湖研究》合订本征订启事
《盐湖研究》是原国家科委批准的学术类自然科学期刊,由中国科学院青海盐湖研究所主办,1993年创刊并在国内外公开发行。《盐湖研究》科学出版社出版,自公开发行以来,深受广大读者96-97年、98-的厚爱,为了便于我刊读者和文献情报服务单位系统收藏,编辑部藏有94-95年、99年、2000年、2001-2002年、2003年、2004-2005年、2006-2007年、2008-2009年、2010-20112012-2013年合订本,年、每年册仅收取工本费90元。数量有限,欲购者请与《盐湖研究》编辑部联系,电话:0971-6301683
第23卷第3期2015年9月盐湖研究
JOURNALOF SALT LAKE RESEARCHVol. 23No. 3Sep. 2015
称量滴定法分析硫酸根含量
吕
1,2
钟鹏,
11
远,孟瑞英,孙
11
柏,宋彭生
(1.中国科学院青海盐湖研究所,青海西宁810008;2.中国科学院大学,北京100049)
摘
要:依据茜素红容量法滴定硫酸根的原理,采用称量滴定法分析硫酸根含量,考察了滴定速度、指示剂
pH 对实验结果的影响。在确定了基本滴定条件后对实验方法的准确度、浓度、醇含量、精密度以及加标回
+--
NH +、K +、Mg 2+、Li +、Ca 2+、CO 2B 4O 2收进行了测定。消除了共存离子(Na 、3、7)存在时对硫酸根含量分析
均可使分析精度为ʃ 0.3%。结果的影响。当测定硫酸根含量在19 103mg 范围内,关键词:硫酸根离子;称量滴定法;茜素红中图分类号:O655.1
文献标识码:A
文章编号:1008-858X (2015)03-0005-09
在容量滴定法中,主要包括EDTA 容量
引言
盐湖中硫酸盐种类繁多,如石膏(CaSO 4·
法
[30-32]
[33][34-35]
、、毛细管滴定法、示波极谱法[36-39][41-43]
[40]
、铬酸钡容量滴定法、盐酸[44-47]、茜素红容量滴定法等。
电位滴定法联苯胺容量
2H 2O )、7H 2O )、泻利盐(MgSO 4·芒硝(Na 2SO 4·
10H 2O )和天青石(SrSO 4)等,这些盐湖资源均具有开采利用价值。硫酸钾作为主要无氯
[2]
因钾肥,同时具有钾元素、硫元素双重肥效,此,硫酸根的准确分析对于盐湖资源的综合开发具有潜在的经济价值。
例如重量硫酸根的分析方法有很多,法
[3][3-6]
、、容量滴定法、光度比浊法电感偶
[7-9][10-12]
、、荧光光谱法合等离子发射光谱法
[13-15]
[3]
[1]
茜素红容量滴定法和盐酸联苯胺容量滴定法的精度、准确度和操作方法明显优于其它5种方法。相对于茜素红容量滴定法而言,盐酸联苯胺容量滴定法涉及到沉淀的转移和溶解,这使得实验步骤既繁琐又引入了误差。
但茜素红容量法滴定硫酸根,主要适用于干扰离子浓度很小的样品分析。对于硫酸盐型和氯化物型前期卤水体系而言,其组分复杂,各种常量浓度的阴阳离子共存,干扰离子对硫酸根含量分析带来了较大的误差。茜素红容量法分析卤水样品存在适用性问题。对于常量的干扰离子,直至所对应的盐类饱和状态时,茜素红容量滴定分析法未涉及。
本文对茜素红容量滴定法的基本滴定条件进行了深入研究,并获得了消除共存离子干扰的方法,使其精度和准确度进一步提高,从而建立了一种快速、准确的分析方法。
铬酸钡光度法子吸收法
[25]
[16-19]
、、离子选择电极法毛[20-21]
、ICP -MS 法[22-24]、原细管区带电泳法
[26-29]
、离子色谱法等。
仪器分析法和容人们分别用重量法、
量滴定法对常量硫酸根的分析方法进行过研究,可谓各有其特长和弱项。容量滴定法准确度高、操作简单快速、适用范围广,较前两类分析方法具有一定的优势,但易受碱金属和碱土金属离子影响,滴定时有干扰,引起分析偏差。
收稿日期:2015-01-18;修回日期:2015-03-26作者简介:吕通信作者:孙
鹏(1989-),主要研究方向为分析化学。男,硕士研究生,柏。Email :sunb@isl.ac.cn 。
6盐湖研究第23卷
匀。实验过程中所用的K 2SO 4溶液,都是由
1
1.1
实验部分
原
理
0. 025m (BaCl 2)溶液标定得到。浓度单位同上。
0.1%茜素红指示剂
称取0.130g 茜素
10-二氢-3,4-二羟基-9,10-二氧代红(9,
-2-蒽磺酸单钠盐,A.R.,天津市光复精细化工研究所)溶于25mL 烧杯中,待茜素红完全溶解后转入130mL 的指示剂瓶中,用水稀释到130.00g ,溶液浓度约为0.1%。
3mol /L醋酸溶液
移取85mL 冰乙酸
(A.R.,天津市永大化学试剂制造有限公司)于500mL 试剂瓶中,并稀释至500.0mL 。
无水乙醇(A.R.,天津市富宇精细化工有限公司)。
分析天平多利斯公司)。
pH 测定仪
K 2SO 4(E.
PHSJ -4F 型实验室pH 计
(上海仪电科学仪器股份有限公司)。
其它溶液按常规配制,所用试剂均为G.R.试剂。1.3
分析方法
1)氯化钡溶液的标定
分别准确称取
BP 210S 型分析天平(德国赛
茜素红容量法是在酸性乙醇—水溶液中,以茜素红作指示剂,用标准钡溶液对硫酸根进行直接滴定。硫酸根和钡离子反应,生成具有固定组成的晶型沉淀硫酸钡,当钡离子过量时与茜素红指示剂络合,使溶液由黄色变成粉红色,达到滴定终点。1.2
试剂与仪器水
经离子交换和二次蒸馏的纯水,电导
-4
m -1,率<1.2ˑ 10S ·溶液配制及滴定实验均
使用此水。
0.025和0.05m (K 2SO 4)标准溶液
P.,天津市光复精细化工研究所)在750ħ 恒重4h 后,分别精确称量2.1900g 和4.3900g 于500mL 试剂瓶中,并稀释到500.00g ,摇匀。密封保存。·kg -1溶液。·kg -1H 2O 或mol 浓度单位mol
0.025m (BaCl 2)溶液
称取5.2g BaCl 2(A.
R.,天津市恒兴化学试剂制造有限公司)溶解于1000mL 试剂瓶中,稀释至1000.0mL ,摇匀,密封保存。其浓度用0.025和0.05m (K 2SO 4)标准溶液进行6平行标定。浓度单位同上。
0.05m (K 2SO 4)溶液
称取4.35g K 2SO 4(G.
R.天津市光复科技发展有限公司),溶解转入500mL 试剂瓶中,加水稀释至500.0g 溶液,摇
表1Table 1
编12345号
滴定速度/(d ·s -1)0.570.601.101.001.331.472.001.972.232.27
0. 025mol ·kg -1(m SO41)硫酸钾标准溶液10. 0000g (w SO41)和0.05mol ·kg -1(m SO42)硫分酸钾标准溶液5. 0000g (w SO42)于锥形瓶中,
-1
别加入3mol ·L 醋酸溶液10mL 、无水乙醇
10mL ,滴加茜素红指示剂6滴,用氯化钡溶液(w Ba )滴定至溶液呈粉红色为终点。
滴定速度的影响实验The effect of titration rate
2-
测定SO 4浓度/(mol ·kg -1)
0.025250.025160.025020.025040.025070.025140.025130.025010.025240.02519
理论SO 4浓度/(mol ·kg -1)
2-
相对误差
/%
0.670.34-0.21-0.16-0.030.230.20-0.280.640.45
0.02508
第3期
m Ba =氯化钡浓度计算公式,
吕鹏,等:称量滴定法分析硫酸根含量
。(1)
2.1
滴定速度实验
7
m SO 4·w SO 4
w Ba
m Ba 为氯化钡浓度(mol ·kg -1);式(1)中,
w SO 4为标准样取样量(g );w Ba 为氯化钡溶液用量(g );m SO 4为硫酸钾标准溶液浓度(mol ·kg -1)。
2)未知样分析
准确称取10. 0000g
-
(w SO 4)未知样溶液(约含SO 2424mg )于锥形瓶
硫酸根和钡离子反应时,能快速达到平衡。沉淀反应中滴定速度会影响沉淀的形成与溶解、沉淀的吸附与包裹问题。本实验在不同滴定速度下,考察滴定速度对分析结果的影响,从而获得最佳滴定速度。滴定结果见表1。
硫酸钡沉淀是一个快速的动态平衡,从表1中可以看出,滴定速度太慢时,硫酸钡沉淀会逆向反应,发生溶解现象,影响样品分析效率。滴定速度太快时,硫酸钡在形成沉淀时容易包裹钡离子,引起分析误差。因此,在滴定样品时应尽量保持滴定速度一致,滴定速度以1. 0 2.0滴/s为宜。2.2
醇含量实验
-10
虽然硫酸钡的Ksp =1.1ˑ 10,但并不意
·L -1醋酸溶液10mL ,加入约中,加入3mol 10mL 无水乙醇溶液,滴加茜素红指示剂6 8滴,用氯化钡溶液(w B a )滴定至粉红色为终点。样品溶液硫酸根计算公式,
w Ba ˑ m Ba
W =·w SO 4·M SO 4。
w SO 4
(2)
W 为未知样硫酸根含量(mg );式(2)中,
w Ba 为氯化钡溶液用量(g );m Ba 为氯化钡溶液浓
-1
度(mol ·kg );w SO 4为未知样取样量(g );M SO 4
为硫酸根分子量。
精上述实验方法中计量用分析天平称重,确至0.0001g 。为便于计算,实验中采用mol ·kg -1溶液。
味着硫酸钡不会在水中溶解,因此在滴定体系中加入一定量的无水乙醇,可以减小硫酸钡沉淀在水中的溶解度,进一步提高本方法的分析准确度。通过加入不同量的无水乙醇,考察无水乙醇含量对本方法的影响。实验结果见表2。
2结果与讨论
表2
Table 2
编123456号
无水乙醇/mL0510152025
醇含量影响实验结果
-
The effect of alcohol content on the analysis results of SO 24
测定SO 4浓度/(mol ·kg -1)0.027090.025760.025090.025070.025140.025160.054210.054230.054340.054420.025560.02533
2-
理论SO 4浓度/(mol ·kg -1)0.025140.025140.025140.054170.054170.02508
2-
相对误差/%8.042.73-0.20-0.300.000.060.070.110.310.461.930.99
8盐湖研究
从表2中可以看出,无水乙醇加入量太少
第23卷
合指示剂,其作为酸碱指示剂的变色范围pH 3. 7(黄) 5.2(紫),而作为络合指示剂使茜素红需要先被磺化,然后才能与钡离子用时,
络合。因此,应控制其pH <3.7。通过加入不同的缓冲溶液,考察pH 对本方法的影响。结果列于表3中。
时,硫酸钡沉淀仍有一定的溶解,影响了样品分析准确度。无水乙醇加入量太多时,乙醇阻碍了钡离子与茜素红在水中的络合效应,使指示剂变色不灵敏。因此,在滴定样品时加入一定量的无水乙醇可以提高分析准确度,无水乙醇含量为滴定前总溶液量的19.5% 30.5%为宜。2.3
酸度的影响
茜素红不仅是酸碱指示剂而且还可作为络
表3
Table 3
编1234567号
pH 1.3891.3841.9851.9752.3812.3762.6082.5873.1033.1193.6523.6483.8343.848
pH 的影响实验
-
The effect of pH on the analysis results of SO 24
测定SO 4浓度/(mol ·kg -1)0.053010.053030.024870.024970.025020.024930.025160.025120.025820.025830.024240.026560.051080.05207
2-
理论SO 4浓度/(mol ·kg -1)0.054170.025080.025140.025140.025710.025140.05417
2-
相对误差/%-2.14-2.10-0.81-0.41-0.49-0.820.09-0.090.440.47-3.605.64-5.71-3.89
pH 值偏低时,从表3中可以看出,硫酸钡会在H 离子的作用下出现一定的溶解现象,引起分析偏差;pH 偏高时,接近酸碱变色范围,会影响指示剂的变色灵敏度。因此,在滴定样品时pH 值保证在一定的范围可以提高分析准pH 值范围为2.3 2.7,确度,其中以pH =2.5为宜。2.4
指示剂浓度的影响
本方法以茜素红作为指示剂,通过茜素红与钡离子的络合,形成粉红色突变来指示终点,
+
因此指示剂变色的灵敏度对分析结果起至关重要的作用。通过加入不同量的指示剂,考察指示剂的加入量对本方法的影响。结果列于表4中。
从表4中可以看出,指示剂的加入量偏低时,其终点颜色太浅不易观察,会引起一定的偏差。指示剂加入量偏高时,其基体颜色偏重,终点突变色不明显。因此,在滴定样品时指示剂加入量在一定的范围内可以提高分析准确度,滴定前体系中茜素红指示剂的百分含量以0.000655% 0.001641%为宜。
第3期吕鹏,等:称量滴定法分析硫酸根含量
表4
指示剂浓度的影响实验测定SO 4浓度/(mol ·kg -1)
0.025160.025290.025020.025060.025020.025100.025070.025090.025060.025110.025270.025190.025270.02518
0.02508
2-
9
Table 4
编1234567号
滴2468101214数
-
The effect of indicator concentration on the analysis results of SO 24
指示剂百分含量
/%0.0003270.0003290.0006550.0006570.0009830.0009980.0013120.0013140.0016410.0016400.0019720.0019710.0023100.002300
理论SO 4浓度/(mol ·kg -1)
2-
相对误差/%0.340.86-0.23-0.06-0.220.10-0.020.06-0.080.140.770.430.780.42
2.5精密度与准确度
本方法是采用基准硫酸钾溶液标定氯化钡
用的硫酸钾溶液。因此,在确定了实验条件情况下,采用氯化钡溶液滴定基准硫酸钾溶液,并考察该方法精密度与准确度,为后面数据的可靠性提供理论基础。结果见表5。
再用标定过的氯化钡溶液二次标定实验溶液,
表5
Table 5
编123456789号
基准硫酸钾中
-
SO 2含量/mg4
准确度与精密度实验
反算BaCl 2/(mol ·kg -1)0.024120.024120.024080.024080.024120.024110.024100.024100.02409
0.02410
0.083
BaCl 2平均值/(mol ·kg -1)
The accuracy and precision of this method
准确度/%-0.09-0.090.110.10-0.09-0.030.170.170.23
精密度/%
氯化钡滴定
-
SO 2含量/mg4
29.5329.5229.5727.4627.0426.9927.2327.0827.05
29.5029.5029.6027.4927.0126.9827.2827.1227.11
该方法的准确度和精密度由表5可看出,
都较高,分别为ʃ 0.23%和ʃ 0.083%。因此,
在无干扰离子存在时,本方法具有可靠性,实验数据具有可信性。2.6
加标回收实验
的硫酸钾标准溶液5. 0000g 和10. 0000g 进行平行实验,以考察不同加标量下方法的准确度。分析结果见表6。
从表6可以看出,硫酸根回收率在99. 32% 100.34%之间,平均回收率为99. 83%。此方法适合硫酸根的分析,具有较高的准确性。
分别准确称取约含硫酸根为25. 00mg 、49. 00mg 、75. 00mg 试样,准确加入0.01mol /kg
10
表6
Table 6
编号123456
测定SO 4量
/mg24.8524.9524.9724.9549.9349.8249.6249.6575.2374.8374.8074.85
2-
盐湖研究
加标回收实验结果
2-
第23卷
Resultsof the standard addition recovery experiment
加标SO 4量
/mg4.994.969.849.864.964.969.829.804.954.949.839.85
总测定SO 4量
/mg29.8229.9234.7934.8254.8954.7659.4859.4480.1679.7684.5984.69
2-
回收率/%99.62100.1999.92100.1499.9799.56100.3499.8599.3299.6599.6299.96
2.7分析含量范围实验
经典重量法可准确分析含量为50
表7
Table 7
编号1
理论SO 4
/mg19.4419.5819.55102.89
2
101.66103.09
2-
100mg 的硫酸根,本方法以此为基础,扩大试验范围,获得了茜素红法准确测定硫酸根的范围,现将结果列于表7。
分析含量范围实验结果
测定SO 4
/mg19.4919.6219.61102.77101.67103.18
2-
Resultsof the range of analysis content
相对误差/%0.280.190.28-0.120.010.08
该法相对于重量法而言,从表7可以看出,
具有更广的分析范围,可准确分析19 103mg 的硫酸根,使得该方法的适用性更加广泛。2.8
共存离子干扰实验
实际卤水常伴随有其它共存离子,需要考察共存离子对该滴定反应的影响。已知微酸性
2+
Sr 2+、Hg 2+等离子发生溶液中,硫酸根与Pb 、
+-
Mg 2+、Ca 2+、Na +、K +、CO 2本文考察Li 、3、-
B 4O 2NH 4+8种常见离子对滴定结果的影响。7、
共存离子溶液配制浓度见表8,所用试剂中KCl 、LiCl 、CaCl 2为分析纯或优级纯试剂经二次重结晶,其余皆为优级纯试剂。将配制的共存离子溶液,加入到已知硫酸钾浓度的溶液中,测定溶液中硫酸根浓度,将测定浓度与已知溶液浓度进行对比。
沉淀反应
[48]
,因此不再对这几种离子做研究。
表8
Table 8
加入的盐溶液浓度
Concentration of the added salt solution MgCl 210.23
NaCl 8.33
Na 2CO 32.16
Na 2B 4O 75.01
KCl 20.55
NH 4Cl 3.37
盐种类含量/%
CaCl 23.00
LiCl 30.01
第3期吕鹏,等:称量滴定法分析硫酸根含量
表9
共存离子对实验结果的影响
11
Table 9
编号12345678
加
入
考察离子Ca 2+Li +Mg 2+Na +
-
CO 23
Effect of coexisted ions on experiment results
与SO 4离子质量比3.163.1512.9112.487.037.135.155.131.841.847.387.4222.5422.681.611.61
2-
-
SO 2理论值4
-
SO 2测定值4
相对误差/%0.080.12-0.16-0.22-0.23-0.14-0.17-0.120.11-0.22-0.14-0.260.240.150.110.13
盐溶液CaCl 2LiCl MgCl 2NaCl Na 2CO 3Na 2B 4O 7
KCl NH 4Cl
/mg25.8025.7124.2824.9826.2725.9626.2026.2631.0130.9824.3724.3226.1325.9530.7930.78
/mg25.8225.7524.2424.9226.2125.9326.1526.2331.0430.9124.3424.2526.1925.9930.8230.82
-
B 4O 27
K +NH 4+
NaCl 、KCl 、NH 4Cl 、首先,定性考察LiCl 、MgCl 2、CaCl 2、Na 2B 4O 7、Na 2CO 3是否与硫酸根反应,向硫酸根溶液中分别逐滴加入表8中LiCl 、KCl 、NH 4Cl 、NaCl 、MgCl 2、CaCl 2、Na 2B 4O 7、Na 2CO 3溶液,加到20滴(约0.8g )时溶液中均未出现沉淀。这说明上述盐所含离子在一定的浓度下不与硫酸根发生沉淀反应。
其次,盐溶液浓度的选择,是根据溶解度手册而来,盐溶液达到饱和状态下,硫酸根含量最少时,使干扰离子与硫酸根的质量比达到最大,其中阳离子或阴离子与硫酸根的质量比分别
--2-
NH 4+/SO2CO 2为,质量比1.6、质量比43/SO4--1.8、Li +/SO2Mg 2+/SO2质量比12.9、质量44--
K +/SO2Ca 2+/SO2比7.2、质量比22.5、质量44
3结论
获得了醇含量在该方法采用称量滴定法,
19% 31%、pH 在2.3 2.7、滴定体系中茜素红指示剂的百分含量为0.000655% 0.001641%,滴定速度在1 2d /s的条件下,可准确分析19 103mg 的硫酸根,使分析精度
+2-
为ʃ 0.3%。同时对NH 4/SO4质量比为1. 6,-2--
CO 2Li +/SO2质量比为1.8,质量比为3/SO44--12.9,Mg 2+/SO2K +/SO2质量比为7.2,质量44-
Ca 2+/SO2Na +/质量比为3.1,比为22.5,4--2-
B 4O 2SO 2质量比为5.1,质量比达到47/SO4
7.4的条件下,通过加入掩蔽剂,均可使分析精度为ʃ 0.3%,使得该方法应用范围更广泛。参考文献:
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+
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+
2-
7
/SO
2-4
质
其在实验中除了NH 4离子不干扰滴定外,它离子均有不同程度的干扰。从表9中可以看出,在干扰离子的存在下,通过加入适当的掩蔽剂,使干扰离子得以掩蔽,从而可以精确分析硫酸根的含量。该方法可适用于体系复杂、高浓度的盐湖卤水体系,分析精度为ʃ 0.3%。
12盐湖研究
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Weighing Titration Analysis of the Sulfate Content
2
LV Peng 1,,ZHONG Yuan 1,MENG Rui-ying 1,SUN Bai 1,SONG Peng-sheng 1
(1.Qinghai Institute of Salt Lakes ,Chinese Academy of Sciences ,Xining ,810008,China ;
2.University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing ,100049,China )
Abstract :Based on the principle of alizarin red S titration sulfate with volumetric method ,the weighing titration analysis method of sulfate radical content was established.The influences of titration speed ,indi-cator concentration ,alcohol content ,and pH on the results of the experiment were investigated.Accura-cy ,precision and standard addition recovery of this method were determined after the basic titration condi---
tions.And the effects of the coexistence ions including Na +,NH 4+,K +,Mg 2+,Li +,Ca 2+,CO 2B 4O 23,7
were eliminated.When the determination of sulfate radical content within 19 103mg ,the analysis accu-racy are less than ʃ 0.3%.
Key words :Sulfate ions ;Weighing titration ;Alizarin red
《盐湖研究》合订本征订启事
《盐湖研究》是原国家科委批准的学术类自然科学期刊,由中国科学院青海盐湖研究所主办,1993年创刊并在国内外公开发行。《盐湖研究》科学出版社出版,自公开发行以来,深受广大读者96-97年、98-的厚爱,为了便于我刊读者和文献情报服务单位系统收藏,编辑部藏有94-95年、99年、2000年、2001-2002年、2003年、2004-2005年、2006-2007年、2008-2009年、2010-20112012-2013年合订本,年、每年册仅收取工本费90元。数量有限,欲购者请与《盐湖研究》编辑部联系,电话:0971-6301683