電位滴定法檢測油田水樣中的硫酸根離子

分類：解決方案日期：2007-06-25 00:00:00

摘要：闡述了電位滴定法檢測油田水樣中的SO42-的原理、實驗條件及操作步驟，分析了操作過程中影響準確性的因素，并且根據實驗需要設計了一個高阻抗放大器電路，可測試的最低濃度達到1mg/l左右。
關鍵詞: 硫酸根; 電位滴定法; 離子選擇電極; 水樣檢測
中圖分類號：TP212.2 文獻標識碼：A
一、引言
石油開采中產生的污水須經過各種處理及檢測才可以排放或重復使用，準確、快速地檢測污水中的離子成分是一項十分重要的工作。離子選擇性電極分析方法具有設備簡單，操作方便，檢測種類多，精度較高，測量濃度范圍廣，分析速度快，可實現大批量樣品的連續性檢測，測定對象廣泛等特點，十分符合用在油田里測定污水中離子的成分的要求。在污水中的各種離子的檢測中， HCO3-、CO32-、Na+、K+、Ca2等離子采用標準曲線法，相對比較簡單，在此不再贅述。SO42-的檢測則采用電位滴定法，整個實驗操作過程相對的困難與麻煩，本文就用滴定法檢測SO42-進行著重的闡述分析。
二、電位滴定法檢測SO42-的原理
1、電位滴定法
SO42-離子電極的研制是個難題，雖有人報道已經合成PVC膜SO42-電極，但還沒商品化。目前，主要是利用電位滴定法來測試SO42-。以各種反應（中和，沉淀，氧化還原及絡合等）為基礎的容量滴定分析，可以采用離子選擇電極作為滴定終點的指示器件，這種分析方法稱為電位滴定法。根據參與反應的離子的相對種類，電位滴定可以分為三種類型：電極對樣品中被測定的離子敏感，電極對滴定中所使用的滴定劑敏感，離子電極對加入至樣品中的指示劑敏感。
本實驗的滴定法的基本思想是鉛離子與硫酸根離子形成沉淀物，屬于第二種類型。
Pb2++SO42-=PbSO4↓
2、實驗環境
PbSO4在水介質中溶解度較大，滴定應在加入非水溶劑的條件下進行以降低PbSO4的溶解度，使滴定終點有較大的電位突變，最常采用的是在待測溶液中加入80%乙醇作為介質，此外，也可以采用甲醇，丙酮等有機溶劑。
在測試滴定過程中，應把待測液的pH值調到4~6后再加入有機溶劑。這是因為，如果pH>7，測試過程中會形成Pb(OH)2沉淀物。如果pH＜4，終點電位突躍不明顯。
滴定的時候為了讓Pb2+和SO42-充分接觸并反應，要對溶液進行攪拌，保持攪拌速度要恒定，不能觸及電極，否則可能改變電位，影響終點清晰度。此外，也可以采用磁力攪拌器代替手動攪拌。
3、實驗設備
（1）滴定劑標準貯備液：各種濃度的Pb(NO3)2溶液；
（2）離子強度調節溶液：10%的硝酸鉀KNO3溶液；
（3）電極：305型鉛離子選擇性電極，801型單液接飽和甘汞電極；
（4）某品牌DT9203的四位半萬用表；
（5）自己設計的外置放大器電路。
玻璃電極的阻抗都非常大，在實際應用中，推薦采用專用的高阻抗的離子計，以便得到更明顯的等當點和更高的準確性。在實驗中，可以通過一個自己設計的高阻抗的放大器電路配合普通的四位半的萬用表即可實驗測試。圖1是設計的高阻抗放大器電路圖，僅供參考。

4、實驗測試過程
首先用無分度吸液管吸取待測液V0，置于100ml的容量瓶中，用稀HNO3調節待測液，使其pH值為5~6。滴幾滴10%的KNO3到待測液中，再加入1~2V0體積的無水乙醇到待測液中。然后往待測樣液中開始緩慢滴入配制好的Pb(NO3)2溶液。每加入一滴，待電位讀數穩定后讀取記錄電位，當遇到前后兩滴間的電位差突變得特別后，再加幾滴，等電位變化比較平穩后，就可以停止滴定。此時，計算總的滴定的Pb(NO3)2 溶液的體積。
根據下式可計算出SO42- 的濃度：

（g/L） (1)
其中，V0——待測樣液的體積；V——所消耗Pb(NO3)2的體積；C——Pb(NO3)2濃度。
三、實驗數據分析
1、電極的穩定性與電極的重復性
電極的穩定性是指在一段時間內（例如1h或24h）連續測量時，電極響應波動的范圍。電極的重復性是指多次測量之間電極響應重現的程度。為了測試實驗的準確性和測試電極的穩定性和重復性，對同樣的實驗環境在10個小時里作了四組實驗數據的采取如表1所示。
可以大概看出，在滴定到0.5ml時有一個比較大的電位突躍點。當加入的滴定劑體積達到等當點所需的體積（0.5ml）后，電位變化趨勢又趨于平穩。而且，在每一組實驗中，都可以很確定的判斷出該實驗具有較高的準確性，電極的穩定性和重復性都比較理想。

2、檢測結果分析
有意的取三種在油田水樣檢測中有代表性的濃度的待測溶液，對其進行檢測，得到表2。可以看出，第5組實驗中，沒找到明顯的等當點，第六、第七組可找到明顯的等當點。因為：（g/l）
由此可以算出，第6、7實驗中，SO42- 的濃度分別為2.1mg/l，41.1mg/l。
本實驗所采用的電極為江蘇江分電分析儀器有限公司的305型鉛離子選擇性電極和801型單液接飽和甘汞電極。經過大量的實驗發現，用電位滴定法測試SO42- 的濃度，其測試得到的最低濃度可以達到1mg/l左右。根據以往的數據，油田采油后需要處理的水樣中SO42- 的含量范圍為8mg/l~30mg/l，因此，該測試方法完全可以適用于油田的水樣檢測。
3、與色譜分析結果的比較
從遼河油田某號油井井段取出吞吐輪次為10，層位為Ⅵ的待測水樣，用電位滴定法進行測試，測得SO42- 含量為9.3mg/l，用色譜分析進行測試，測得SO42- 含量為9.8mg/l,進行多次測量比較，兩種測試方法的結果相差不大。可以得出結論：使用電位滴定法進行檢測，檢測結果于色譜分析很接近，誤差小，該測試方法具有較高的精確度
四、實驗影響因素
1、 pH值的影響
滴定過程中，應把待測液的pH值調到4~6后再加入有機溶劑。如果pH >7, 測試過程中會形成Pb(OH)2沉淀物。如果pH＜4，終點電位突躍減少。
2、攪拌速度的影響
滴定的時候速度要恒定，且不能觸及電極，否則可能改變電位，影響終點清晰度。
3、溫度的影響
在滴定中，電極斜率，標準電位和PbSO4的溶解度將隨著測試系統的溫度的變化而變化，因此，要保持整個系統盡量處于恒溫環境（室溫）里。采用電磁攪拌器時，要注意隔絕來自電磁攪拌器的熱傳導；在加入有機溶劑時會產生熱量，應讓其自然冷卻到室溫時再進行滴定。
4、待測液中共存物質的影響
在待測液中，存在著可能影響測試精確度的其他離子。比如，PO43-和CO32-等會和Pb2+形成比PbSO4更難溶于水的沉淀物，干擾測定。Ag+、Cu2+等會使電極對鉛濃度的變化響應失去敏感性，以致得不到滴定曲線。
5、滴定生成的PbSO4沉淀黏附在電極膜表面逐漸使電極反應遲鈍，因此電極膜表面應經常擦洗或重新拋光。
6、電極使用前，需要在0.001M的NACL溶液中浸泡活化1個小時，再用去離子水反復清洗至空白電位。電極使用完畢后，應清洗到空白電位值，用濾紙吸干，避光保存
7、常規分析中，操作熟練后，開始即可加入50-80%的滴定劑，到“啟動電位”后，再緩慢加入滴定劑，進行記錄，滴定劑過量25%時，結束滴定，這樣，可以提高實驗速度。
五、結束語
　采用電位滴定法檢測油田水樣中SO42- 的濃度，測試得到的最低濃度可以達到1mg/l左右，具有一定的可行性，該方法因所需設備簡單，操作方便，精度較高，測量濃度范圍廣，分析速度快，可實現大批量樣品的連續性檢測，而且容易研制基于該測試方法的自動測定系統，以實現自動化檢測。