氢氧化钠中杂质含量检测现状及分析方法研究
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作者:贾静 鞠云忠 齐丽萍 任红卫 邵艳玲 齐尧凯 杨虎
摘 要：工业级和食品级氢氧化钠的杂质含量不仅直接决定着氢氧化钠产品本身的品质，还影响着氢氧化钠参与的其他过程，准确测定氢氧化钠中杂质含量，对氯碱生产和实际使用都具有重要意义。通过分析氢氧化钠杂质检测标准现状，提出了多种杂质同步测定的ICP、IC分析方法，旨在为一般实验室特别是氯碱企业开展质量评定提供更多可参考依据。
关键词：氢氧化钠 杂质含量 ICP IC
中图分类号：O659 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0071-03
氢氧化钠作为最常见的化工原料之一，在国民经济中用途广泛。根据质量指标和产品用途，分为工业级氢氧化钠和食品级氢氧化钠。生产氢氧化钠一般采用离子膜电解工艺，产品品质较高，杂质含量很低，但生产中仍不可避免地发生副反应，如生成氯酸钠。氯酸钠具有氧化性，会腐蚀生产装置，其含量高低还可衡量离子渗透膜质量，判定工业电解流程中是否出现故障[1]。食品级氢氧化钠因用于食品行业，杂质含量的控制要求更为严格，如用于除去大豆油制作过程中的脂肪酸时，如果杂质含量高，则增加产品中的附加成分，影响产品品质。因此，准确测定氢氧化钠产品中杂质含量，对氯碱生产和实际使用都具有重要的意义。
1 氢氧化钠中杂质含量检测标准概述
食品级氢氧化钠的执行标准是GB 1886.20-2016，对Na2CO3、As、重金属（Pb）、不溶物及有机杂质、Hg做出了明确要求。工业级氢氧化钠因用途等不同，分为工业用、化纤用、高纯等多个类型。其中，工业用和高纯氢氧化钠最为常见且使用最多，并以高纯氢氧化钠要求的杂质种类最多，包含Na2CO3、NaCl、NaClO3、Al2O3等8种杂质[2]。因此，表1中工业级氢氧化钠杂质的检测以高纯氢氧化钠为参照进行概述。
2 现行氢氧化钠中杂质含量检测方法特点
氢氧化钠产品中Na2CO3含量采用滴定分析法，具有操作简便、快速、预处理简单的特点。工业级氢氧化钠中Na2SO4、食品级氢氧化钠中重金属（Pb）、不溶物及有机杂质采用比浊、目视等方法，测定过程简单，但除硫酸钡重量法以外，其余方法只能测得杂质含量的大概区间，无法得到准确值。NaCl、NaClO3、Al2O3、Fe2O3、SiO2、As采用分光光度法测定，所用设备易得，但需用到调节剂、显色剂、还原剂等多种试剂。以SiO2 [3]为例，需用硼酸、二水钼酸钠、磺酸或抗坏血酸等11种试剂，抗坏血酸、二水钼酸钠的有效期一周，磺酸有效期2～3周，其余试剂的使用期不超过2～3月。这些试剂每次测定仅用几毫升，为减小称量误差，不能用多少配多少，试剂过期造成材料浪费。而且试剂配制到测定步骤耗费很长时间和很多人力。CaO、Hg、As分别采用火焰原子吸收、原子荧光和冷原子吸收法测定，2019年11月实施的GB/T 209-2018，增加了电位滴定法测定氯化钠含量，这些方法选择性强，精密度高，不足之处在于，需要配置不同的仪器设备来检测不同的杂质含量。
綜合现行氢氧化钠中杂质含量检测方法来看，分光光度法等经典分析方法针对不同杂质，分别进行纯手工操作或结合小型仪器测定，试剂配制和检测过程繁琐，易受实验条件、分析人员因素的干扰，并且所用硫氰酸汞等试剂对人体及环境有毒害性。检测全部杂质含量，需要配备分光光度计、火焰原子吸收、原子荧光光度计等多台设备，设备成本在一定程度上限制中小型企业的自检能力。
3 氢氧化钠中杂质含量分析方法研究
电感耦合等离子体发射光谱法（Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry ，ICP）是以等离子体为激发光源的原子发射光谱分析方法，已有文献报道的分析元素可达78个，即除He、Ne、Ar、Xe惰性气体外，自然界存在的所有元素，都已有用电感耦合等离子发射光谱法测定的报告[4]。ICP法的最大优点是可以同时测定多种元素。离子色谱法（Ion Chromatography， IC）在阴离子分析领域是一种成熟的技术[5]，可测水相中的卤素阴离子和SO42-、NO3-、PO43-等无机阴离子，是同时测定多种阴离子的理想方法。
氢氧化钠的杂质中有4种无机盐杂质（Na2CO3、NaCl、NaClO3和Na2SO4），其余基本是金属及氧化物杂质（Fe2O3、Al2O3、SiO2、CaO、As、Pb、Hg）。根据杂质本身的特性及ICP和IC的检测特点，尝试采用IC法检测无机盐类杂质，采用ICP法测定金属及氧化物类杂质。
4 ICP、IC法测定氢氧化钠中杂质含量的方法研究
4.1 分析条件
电感耦合等离子体发射光谱仪，发射波长：Fe-167.019nm、Al-167.019nm、Si-251.611nm、Ca-396.847nm、As-188.980nm、Pb-220.353nm、Hg-184.887nm，入射功率1.20kW，等离子气流量15.0L/min，辅助气流量1.5L/min，雾化器流量（N）0.75L/min，泵速15rpm。
离子色谱仪，阴离子分析柱SH-AC-4（250mm×4.6mm），柱温25℃，淋洗液2.0mM Na2CO3/10.0mM NaHCO3，流速1.5mL/min，进样体积200μL。 4.2 线性范围、重复性、检出限及定量限
在选定的分析条件下，将不同浓度系列的混合标准溶液进样分析，以浓度为横坐标，仪器响应值为纵坐标，绘制标准曲线。结果如表2所示，待测杂质在不同的浓度范围内，均呈现良好线性关系，可满足现代分析方法的要求。
对样品溶液连续进样测定，计算标准差和相对标准偏差。根据GB/T 33260.2-2018[6]，计算ICP、IC法测定各种杂质含量的检出限（LOD）和定量限（LQD），结果见表3。ICP、IC方法的重复性较好，检出限能满足现行标准要求。
4.3 实际样品应用
分别采用ICP、IC方法和国标法测定工业级氢氧化钠（S1）和食品级氢氧化钠（Y1）中杂质含量，并进行加标试验。实验结果（表3）表明，ICP、IC方法与国标方法测定结果相近，加标回收率满意，表明ICP、IC方法测定氢氧化钠中杂质含量具有良好的可行性。
5 结语
ICP、IC方法测定氢氧化钠产品中杂质含量无需显色等复杂、繁琐的前处理过程，而且一次样品处理，即可实现多种杂质同步定性和定量分析。与现行检测方法标准相比，能有效缩短分析测试的整体时间，提高分析效率，而且样品处理简单，无需还原剂、显色剂等多种化学试剂，既有效降低检验成本投入，又能够有效降低硫氰酸汞等试剂对人体及环境有毒害性减少了试剂消耗，具有良好的应用前景。
参考文献
[1] 潘宇婷，李霞，李金枝，等.工业用氢氧化钠中氯酸钠含量测定方法的探讨[J].中国氯碱，2017（3）：30-33.
[2] GB/T 11199-2006 高纯氢氧化钠[S].
[3] GB/T 11213.4-2006，化纤用氢氧化钠硅含量的测定 还原钼酸盐分光光度法[S].
[4] 杨开放.电感耦合等离子发射光谱法测定水中常规金属元素[J].污染防治技术，2014，27（6）：47-49.
[5] 杨蕾，侯英，王保兴，等.梯度淋洗/离子色谱法对烟草及烟草制品中7种无机阴离子的快速测定[J].分析测试学报，2010，29（2）：165-170.
[6] GB/T 33260.2-2018 檢出能力 第2部分：线性校准情形检出限的确定方法[S].
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