离子色谱法测定阻燃聚氯乙烯输送带中卤酸含量研究

郎建平

离子色谱法测定阻燃聚氯乙烯输送带中卤酸含量研究

郎建平

（上海煤科检测技术有限公司，上海 201401）

通过卤酸气体释出-吸收装置将矿用聚氯乙烯输送带样品完全燃烧，生成的卤酸气体经吸收装置充分吸收，后采用离子色谱法测定燃烧后卤酸总量。结果表明，离子色谱仪可准确定量分析矿用聚氯乙烯输送带燃烧释出的卤酸总量。离子色谱法所测卤素标准曲线具有良好的线性相关性，相关系数为0.999 6；方法检出限可达0.042 mg/L，回收率为90%～100%，相对标准偏差小于2%。

离子色谱法；卤酸总量；定量分析；线性相关性

随着化工技术的发展，高分子聚合物材料呈现出“以塑代钢”的优良性能，广泛应用于煤矿井下作业。常用的煤矿用高分子聚合物制品有输送带、钢丝绳带、风筒、电缆绝缘层、护套层等。其中，聚氯乙烯阻燃输送带、聚氯乙烯管材等因其强度大、抗静电性能强、耐腐蚀、耐磨损、阻燃性优良而产生了巨大的经济效益和社会效益[1-2]。兼顾煤矿井下安全生产和环境保护，矿用高分子聚合物不仅要具备良好的阻燃性，而且要求燃烧后产物低烟、低毒，有害物质释放量在可控范围内。然而，煤矿井下使用的聚氯乙烯高分子聚合物受热释放大量卤酸气体，具有强烈腐蚀性，影响矿下采煤作业的安全性[3]。因此，模拟矿用高分子聚合物制品在燃 烧环境下释放卤酸气体，并研究其释放气体总量变得尤为重要。

目前，已报道的卤酸气体的收集有碱性滤膜采样、EPA Method 26A方法采样。高分子聚合物制品中卤酸含量测定有滴定法、pH值和电导率测定法等[4-5]。GB/T 17650.1中用滴定法测定定卤酸气体含量时，滴定终点指示剂变化不易察觉，无法准确判断终点。GB/T 17650.2中pH值和电导率测定法方法不能测出卤酸气体释放总量。而离子色谱法是近年来发展起来的新型分离技术[6]，其应用范围已涉及环境、燃料、能源、电子产品等领域。本实验采用卤酸气体释出-吸收装置，结合离子色谱法测定阻燃聚氯乙烯输送带中卤酸含量，具有线性范围宽、检出限低、灵敏度高、干扰少等优势。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

主要仪器有YN52161卤酸气体释出装置、ICS-600离子色谱仪、粉碎机、超声波震荡器、超纯水发生器。

主要试剂有氢氧化钠（优级纯）、碳酸钠（优级纯）、碳酸氢钠（优级纯）、氯离子标准溶液1 000 g/mL, 含中国计量科学研究院出具的证书。

1.2 仪器条件

淋洗液为碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液，流速1.2 mL/min，样品注射体积为10 L。

1.3 测定方法

1.3.1 试样处理

从矿用聚氯乙烯阻燃输送带随机裁取10 cm×10 cm左右的样品，用剪刀裁成约1 mm的小碎片，经粉碎机研磨成颗粒物。准确称取1.0 g（精确至0.000 1 g）颗粒物，均匀平铺于燃烧舟中，将燃烧舟小心推送至燃烧炉中心。检查卤酸气体释出装置气密性良好、流速稳定后，开启卤酸气体释出装置升温程序，试验开始。用分别盛放450 mL 0.5 mol/L氢氧化钠溶液的2个集气瓶全程收集燃烧释放气体。燃烧结束，收集集气瓶中吸收液，并用0.45 μm微孔滤膜过滤，定容至1 000 mL，备用。

1.3.2 测定

移取制备好的溶液10 mL，用水稀释定容至100 mL容量瓶中，在离子色谱仪工作条件下分析，以保留时间定性，以峰面积定量。

2 结果与讨论

2.1 流动相的选择

IS600离子色谱仪所配阴离子交换柱用CO32-/HCO3-作淋洗液，用于Cl-的等浓度洗脱，快速分离。实验发现，淋洗液强度和流速对Cl-保留时间影响较大。淋洗液强度增加，或者流速增大，Cl-保留时间缩短，Cl-色谱峰易受杂质峰影响；淋洗液强度降低，或者流速降低，Cl-保留时间延长，Cl-色谱峰分辨率提高。兼顾样品分析时间和检测分离度，试验选用色谱条件为：流速为1.2 mL/min；淋洗液为4.5 mmol/L碳酸钠、1.4 mmol/L碳酸氢钠缓冲溶液，所采集到色谱如图1所示，图1中1为溶剂峰，2为杂质峰，3为Cl-离子特征峰。

图1 Cl-（峰3）色谱图

2.2 工作曲线的绘制及样品测定

分别配制质量浓度为5.0 mg/L、10.0 mg/L、15.0 mg/L、20.0 mg/L、25.0 mg/L、30.0 mg/L的Cl-标准溶液，根据色谱条件，依次测不同浓度下Cl-标准溶液的峰面积，以峰面积对浓度作校准曲线，绘制标准曲线，如图2所示。线性回归方程：=0.041 6－0.038 6，=0.999 6。

图2 不同Cl-浓度对应峰面积图

试验选取了不同厂家生产的煤矿井下用聚氯乙烯阻燃输送带进行卤酸气体含量测定，结果如表1所示。

表1 不同厂家生产的聚氯乙烯输送带中卤酸含量值

序号试样质量/g吸收液总体积/ mL稀释因子f从标准曲线测得值Cl-/（mg·L-1）氯化氢的质量分数/（mg·g-1） 11.001 81 000109.4897.28 21.037 31 000104.4944.50 31.049 41 000513.8867.98 41.100 81 000522.18103.57 51.024 81 000519.7899.21 61.036 61 0001011.69115.95

利用卤酸气体释出-吸收装置析出的卤酸，均以氯化氢表示[4]。卤酸总量用每克试样中氯化氢的毫克数表示，计算公式如下：

式（1）中：（）为氯化氢的质量分数，mg/g；为工作曲线Cl-浓度读数值，mg/L；为稀释系数；为样品燃烧后，收集液定容体积，L；为试样称取量，g。

表1中试样为随机抽取，由数据可知，矿用聚氯乙烯输送带燃烧释放卤酸气体的总量小于100 mg/g的比例很高。对比国内外同类标准，此项指标一般不大于100 mg/g。

2.3 检出限

依据试验方法制备空白溶液，平行测定10次，计算测定结果标准偏差，得=0.014 mg/L，则检出限值3=0.042 mg/L。

2.4 精密度

随机选取3个样品溶液，分别加入一定浓度的标准溶液，用离子色谱法测定其Cl-含量，每组样品进样6次，分析测定结果的重复性，求得相对标准偏差均小于2%，分析结果如表2所示。

表2 Cl重复性试验数值

序号试样中Cl-的含量/（mg·L-1）Cl-加标量/（mg·L-1）溶液中Cl-测定值/（mg·L-1）溶液中Cl-含量的平均值/（mg·L-1）回收率/（%）相对标准偏差/（%） 112.8710.022.5922.4123.0222.6798.01.6 22.1522.6923.15 211.015.016.1816.0315.7715.9498.61.0 15.9015.7616.00 34.1015.018.3618.4218.2518.5696.41.5 18.7919.0118.56

2.5 回收率试验

加标于2个已知含量的样品中，测定结果如表2所示。根据回收率公式计算，3个样品的回收率值为90%～100%，说明该测定方法准确度较高。

3 结论

本实验通过卤酸气体释出装置收集矿用燃聚氯乙烯输送带中卤酸气体，用离子色谱仪进行卤酸含量分析，具有检出限低、精确度高、操作方便等优势，为矿用阻燃输送带中卤酸含量监测提供了一种新的方法。

［1］周百良，李惠香.煤矿中阻燃抗静电管道的重要性及阻燃抗静电PVC管材的应用［J］.聚氯乙烯，2011，39（8）：22-27.

［2］王铜源，王启强.高分子聚合物在煤矿生产中的应用与发展［J］.技术与创新管理，2011，32（1）：83-87.

［3］方堃.高分子材料在煤矿中使用的安全性分析［J］.华北科技学院学报，2005，2（1）：24-27.

［4］机械工业部上海电缆研究所.GB/T 17650.1—1998取自电缆或光缆的材料燃烧时释出气体的试验方法第1部分：卤酸气体总量的测定［S］.北京：中国标准出版社，1998.

［5］机械工业部上海电缆研究所.GB/T 17650.2—1998取自电缆或光缆的材料燃烧时释出气体的试验方法第2部分：用测量pH值和电导率来测定气体的酸度［S］.北京：中国标准出版，1998.

［6］北京市环境保护监测中心.HJ 549—2016环境空气和废气氯化氢的测定离子色谱法［S］.北京：中国环境出版社，2016.

R123.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.13.003

2095－6835（2020）13－0006－02

郎建平，女，物理化学硕士学位，工程师，研究方向为矿用非金属制品有毒有害物质检测。

〔编辑：严丽琴〕