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混凝土中氯離子含量的三種檢測方法

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2009-04-30  來源:中國混凝土網(wǎng)  作者:孫凌云 王磊
核心提示:混凝土中氯離子含量的三種檢測方法
  摘要:本文詳細(xì)的介紹了混凝土中常用的三種Cl-含量檢測方法:鉻酸鉀法、電位滴定法、Cl-選擇性電極法。其中鉻酸鉀法存在滴定終點(diǎn)時(shí)顏色難以辨認(rèn)、精確度不高,人為誤差較大;電位滴定法與Cl-選擇性電極測氯離子測定法同屬于電化學(xué)方法,但Cl-選擇性電極不需要貴重試劑AgNO3,省去了AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和滴定,所得數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差小,能夠簡單、經(jīng)濟(jì)、快速、準(zhǔn)確地測定混凝土中氯離子的含量,值得推廣。 

  關(guān)鍵詞: 鉻酸鉀法;電位滴定法;Cl-選擇性電極法;Cl-含量檢測 
   
  1 前言 
   
  混凝土中Cl-侵蝕是造成鋼筋銹蝕的主要原因,特別是在沿海地區(qū),《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010-2002)要求混凝土中最大Cl-含量為0.06%(占水泥用量的百分率)。原因是Cl-半徑小、活性大,很容易穿透混凝土鈍化膜,造成鋼筋銹蝕,生成的Fe(OH)2分解為H2O和帶結(jié)晶水的FeO致使體積膨脹耐久性降低。所以檢測混凝土中Cl-含量是保證結(jié)構(gòu)耐久性的重要措施。 
   
  2 檢測方法 
   
  2.1 鉻酸鉀法 

  在中性至弱堿性范圍內(nèi)(PH6.5~10.5)以鉻酸鉀為指示劑,用硝酸銀作標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定氯化物,由于氯化銀的溶解度小于鉻酸銀的溶解度,Cl-首先被完全沉淀出來,為白色。然后鉻酸鹽以鉻酸銀的形式被沉淀,產(chǎn)生磚紅色沉淀,表明銀離子已稍過量,指示達(dá)到終點(diǎn)。缺點(diǎn)是隨著滴定劑加入量的增大,被測溶液中氯化銀量增多,溶液變得渾濁,同時(shí)其中作為指示劑的鉻酸鉀本身顏色也較深, 顏色突變不是很明顯時(shí)終點(diǎn)不易準(zhǔn)確觀察,由肉眼判斷可能會(huì)造成很大的人為誤差,樣品量較大時(shí)容易造成眼睛疲勞。并且有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)滴定終點(diǎn)反復(fù)等不利因素,這都給滴定終點(diǎn)的判斷帶來不便,而且由于沉淀的吸附作用,易使結(jié)果偏低且待測溶液顏色變化較慢時(shí),誤差更大。 

  2.2 電位滴定法 

  電位滴定法是通過測量滴定過程中電池電動(dòng)勢的變化來確定滴定終點(diǎn)的滴定方法。電位滴定法靠電極電位的突躍來指示滴定終點(diǎn),在滴定到達(dá)終點(diǎn)前后,滴液中的待測離子濃度往往連續(xù)變化n個(gè)數(shù)量級,引起電位的突躍,被測成分的含量通過消耗AgNO3量來計(jì)算。具體方法是將一個(gè)銀電極(作為指示電極)與另一個(gè)電位恒定的電極飽和甘汞電極(作為參比電極),同時(shí)插入被測樣品溶液中組成工作電池,用電位計(jì)或酸度計(jì)測定兩極在溶液中組成的原電池電動(dòng)勢,銀離子與Cl-反應(yīng)生成溶解度很小的氯化銀白色沉淀。在等當(dāng)點(diǎn)前滴入硝酸銀生成氯化銀沉淀,兩電極間電勢變化緩慢,等當(dāng)點(diǎn)時(shí)Cl-全部生成氯化銀沉淀,這時(shí)滴入少量硝酸銀即引起電勢急劇變化,指示出滴定終點(diǎn),則停止滴定。在滴定過程中記錄每次的電動(dòng)勢E和每次的AgNO3消耗體積V,并列表,用二次微商法和插入法計(jì)算出滴定終點(diǎn)時(shí)所消耗的AgNO3總體積。根據(jù)《GB/T50344-2004建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(附錄C 混凝土中Cl-含量測定)中所給公式計(jì)算Cl-的含量。電位滴定法采用儀器分析指示終點(diǎn)變化消除了人為對顏色變化識別的差別,比較適宜含量較高而且有顏色干擾的樣品Cl-含量的測定。缺點(diǎn)是銀電極的本身結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,造成重復(fù)性較差,電極的維護(hù)比較麻煩,操作比較繁瑣。 

  需要注意的問題:甘汞電極① 因甘汞電極在高溫時(shí)不穩(wěn)定,故它一般適用于70℃以下的測量; 甘汞電極不宜用在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性介質(zhì)中,因此時(shí)的液體接界電位較大,且甘汞電極可能被氧化;若被測溶液中不允許含有Cl-,則應(yīng)避免直接插入甘汞電極,這時(shí)應(yīng)使用雙液接甘汞電極;保持甘汞電極的清潔,不得使灰塵或局外離子進(jìn)入該電極內(nèi)部;當(dāng)電極內(nèi)部溶液太少時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充飽和KCl溶液及更換鹽橋內(nèi)的飽和NH4NO3或KNO3溶液。銀電極:電位滴定法中使用新銀電極要先用乙醇擦洗,用蒸餾水泡一天,然后用0.001 mol/L AgNO3溶液泡20~30min以便將電極活化;經(jīng)常使用的電極,使用前在0.001mol/L AgNO3溶液中活化15 min。淀粉效應(yīng):淀粉可有效分散膠體溶液,增強(qiáng)溶液的穩(wěn)定性.試驗(yàn)中若不加淀粉,則氯化銀沉淀析出且易團(tuán)聚,粘附在電極上,影響測定的準(zhǔn)確性,可加入10 mL淀粉溶液(10g/L)。PH值效應(yīng):在Cl-和Ag+反應(yīng)生成AgCl沉淀中,溶液的PH值不宜太大,否則會(huì)引起Ag+的水解,干擾測定.研究顯示,pH適宜值為5~8,可用酸度計(jì)事先測定溶液的PH值,用NaOH和HNO3進(jìn)行調(diào)節(jié)。 

  2.3 Cl-選擇性電極測定Cl-含量 

  Cl-選擇性電極是把AgCl和Ag2S的沉淀混合物壓成膜片,固定在塑料管的一端,并以全固態(tài)封裝工藝裝配成無內(nèi)參比溶液的全固態(tài)型電極。其結(jié)構(gòu)簡單,使用方便。由Cl-選擇性電極、甘汞電極與待測定溶液組成原電池,測得電動(dòng)勢E與Cl-活度之間的關(guān)系式為:E為該原電池的電動(dòng)勢值; 為當(dāng) 為1時(shí)的電池電動(dòng)勢值;為Nernst方程的斜率常數(shù); 為試樣溶液的Cl-濃度。E與log[Cl-]成線形關(guān)系,由于 和 值是常數(shù),可配制一系列標(biāo)準(zhǔn)Cl-溶液,利用其濃度及對應(yīng)的原電池電動(dòng)勢數(shù)據(jù),經(jīng)線性回歸分析求得。所以只要測定未知試液所組成的原電池電動(dòng)勢,根據(jù)回歸分析公式即可求得其Cl-的濃度。也可作出E與log[Cl-]標(biāo)準(zhǔn)曲線,根據(jù)樣品的E查標(biāo)準(zhǔn)曲線求出待測溶液中Cl-濃度。Cl-選擇性電極使用前在10-3mol/L NaCl溶液中浸泡活化1h,再用去離子水反復(fù)清洗至空白電勢值達(dá) 260mV以上方可使用,這樣可縮短電極響應(yīng)時(shí)間并改善線性關(guān)系;電極響應(yīng)膜切勿用手指或尖硬的東西碰劃,以免沾上油污或損壞,影響測定;使用后立即用去離子水反復(fù)沖洗,以延長電極使用壽命;每種Cl-離子選擇性電極的說明書中都有一個(gè)測定范圍和PH值范圍,混凝土中Cl-離子含量較低,一般在測定范圍之內(nèi),PH值可用酸堿調(diào)節(jié)。 

  E°、K值的求解,標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制:在7個(gè)100mL容量瓶中分別配制1mol/L~10-6mol/L的Cl-標(biāo)準(zhǔn)溶液(提示:可移取10.00mL10-1mol/L的Cl-溶液在100mL容量瓶中配得10-2mol/L的Cl-溶液,后面依此類推),5mol/L的NaNO3作為離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑。將上述7個(gè)溶液分別倒入洗凈并干燥的燒杯中,放入攪拌子。用濾紙吸去懸掛在電極上的水滴,把電極插入盛有氯標(biāo)準(zhǔn)溶液的燒杯中,置于磁力攪拌器上平穩(wěn)攪拌2min,然后靜置1min,待電位穩(wěn)定后讀取電位值E。測定時(shí)按照從稀到濃的順序進(jìn)行,切勿弄反。測完后將Cl-選擇性電極用去離子水洗凈。利用Matlab中數(shù)據(jù)的多項(xiàng)式擬合命令polyfit求出E°、K值,利用Excel作出 曲線,并檢查曲線是否是接近線性。 
   
  3 三種檢測方法之間的比較 
   
  3.1 電位滴定法與鉻酸鉀指示劑法比較 

  成立[2]用電位滴定法,同時(shí)加少量鉻酸鉀指示劑進(jìn)行顯色,比較電位滴定法和鉻酸鉀指示劑法,結(jié)果顯示:有些試樣在滴定終點(diǎn)時(shí)顏色變化較快,誤差相對較??;但有一些試樣在滴定終點(diǎn)時(shí)顏色變化緩慢,誤差自然較大,有個(gè)別試樣,若采用鉻酸鉀指示劑來確定滴定終點(diǎn),其數(shù)據(jù)則比采用電位滴定法確定出的終點(diǎn)的數(shù)據(jù)小很多.從標(biāo)準(zhǔn)偏差可知,電位滴定法精密度高于鉻酸鉀法,鉻酸鉀法測定結(jié)果偏低,誤差較大。 

  3.2 Cl-選擇性電極與鉻酸鉀法比較 

  吳雪雄[3]通過試驗(yàn)得出:Cl-選擇性電極比鉻酸鉀法分析測得的數(shù)據(jù)略高,但該法選擇性高,基本不受試液堿性和電解質(zhì)濃度的影響,具有快速、連續(xù)分析等特點(diǎn),還可用于有色、渾濁和膠體溶液的測定,所用儀器價(jià)格不高,適用于現(xiàn)場測試,是一種很有前途的測試方法。 

  3.3 Cl-選擇性電極與電位滴定法比較 

  魏美濤[4]利用Cl-選擇性電極測定鉆井廢水中的Cl-含量,分別用兩種方法對鉆井廢水進(jìn)行了預(yù)處理,Cl-在0~250mg/L的范圍內(nèi)線形關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)為0.9968,并且重現(xiàn)性和選擇性良好,精密度與準(zhǔn)確度較理想。馬豐倉[5]用Cl-選擇性電極測得的啤酒中Cl-含量為3.2×10-3mol/L,電位滴定法測得值為3.2×10-3mol/L,兩者較為接近。 

  結(jié)論 

  Cl-選擇性電極所需儀器設(shè)備簡單、靈敏度高(可達(dá)ppb數(shù)量級,適合微量分析)、選擇性好、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。測定溶液中Cl-含量時(shí),直接測定電動(dòng)勢即可,省去了沉淀滴定法、電位滴定法中都必須進(jìn)行的AgNO3滴定操作,大大縮短了測定時(shí)間,并避免了消耗大量貴重試劑AgNO3,顯著降低了分析成本,本方法的選擇性極好,作一標(biāo)準(zhǔn)曲線方程可同時(shí)測定大量的混凝土樣品,值得推廣。 
   
  參考文獻(xiàn) 

  [1]董恩波,宛賀芹,王莉莉.用電位滴定法測定混凝土外加劑中Cl-含量[J].混凝土.1991.5. 

  [2]成立.混凝土中Cl-含量的測定[J].荊門職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).21(6):5-7. 

  [3]吳雪雄.用Cl-選擇性電極測定混凝土中游離Cl-含量[J].浙江水利科技.1990.4:26-31. 

  [4]魏美濤, 王滟, 謝彬強(qiáng).天津化工[J].2007.21(1). 

  [5]馬豐倉.Cl-選擇性電極快速滴定啤酒中CI-[J].河南化工.1998(1):32-33.
 
 
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