聚丙烯酰胺中游离单体含量的测定

聚丙烯酰胺中游离单体含量的测定

王志勇
西安市自来水总公司南郊水厂 （710054）

　　摘要：在酸性条件下，加入溴使其与丙烯酰胺的双键发生迈克加成反应^[1]，过量的溴与碘化钾作用析出单质碘，以淀粉做指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液在中性或弱酸性介质条件下滴定析出的碘。主要反应式如下：
　　 关键词： 丙烯酰胺　 迈克加成　 介质

原理：

　　CH₂=CH-CONH₂+ Br ₂=CH₂Br-CHBr-COOH

　　2KI+Br₂=2KBr+I₂

　　I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆

1.引言

　　聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺经低温水溶液聚合而成的热塑性水溶性树脂，通常有粉状和胶状两种形式^[2]。其被作为水处理剂广泛应用与对水处理行业中，其具有投加量少、净水效果好等特点，但是其聚合单丙烯酰胺有毒，因此在饮用水处理中使用受到很大的限制，有的国家规定对人的丙烯酰胺的容许摄入量为0.5µg/kg·体重^[3]，但其净水效果好，功不可灭，为了符合要求，保障生产安全。本文采用间接碘量法测定聚丙烯酰胺中单体丙烯酰胺的含量。

2.试剂和溶液

　　 盐　 酸（分析纯）：1+1溶液；
　　 碘化钾（优级纯）：100g/L；
　　 溴酸钾（优级纯）；
　　 溴化钾（优级纯）；
　　 溴：c（1/6 K BrO₃）约为0.1000mol/L标准溶液，免标定，准确称取0.6959g的溴酸钾（优级纯）于洁净的烧杯中，加入4g溴酸钾（优级纯），用蒸馏水溶解后，定量转入250mL容量瓶，用水稀释至刻度，摇匀。
　　 可溶性淀粉（分析纯）：5g/L 溶液；
　　 硫代硫酸钠（优级纯）：c (Na₂S₂O₃）约为0.10mol/L标准溶液。称取Na₂S₂O₃·5H₂O 25g，溶于刚煮沸并冷却后的1L水中，再加入Na₂CO₃约0.2g，将溶液保存在棕色瓶中，于暗处放置几天后进行标定。
　　 铬酸钾标准溶液c (1/6) =0.1000mol/L将K₂Cr₂O₇在150~180℃烘干5h后于干燥剂中放至室温保存。准确称取1.2258g K₂Cr₂O₇于100mL烧杯中，加水溶解后，定量移入250mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。

3.仪器和设备

　　一般实验室用仪器和棕色滴定管（酸式）：50mL。
　　 滴瓶：30mL，碘量瓶

4.测定方法

(1).Na₂S₂O₃ 溶液的标定
　　准确移取K₂Cr₂O₇溶液25mL 3份，分别置于500mL碘量瓶中，加入10% KI溶液20 mL，1mol/LH₂SO₄溶液20 mL，塞上瓶塞在暗处放置5 min待反应完全，加入100mL水稀释，用Na₂S₂O₃标准溶液滴定，当溶液由棕色转变为淡黄色时，加入5mL淀粉溶液，继续滴定至溶液由蓝色转变为亮绿色即为终点。记录消耗Na₂S₂O₃标准溶液的体积，计算Na₂S₂O₃标准溶液的浓度。相对偏差不超过±0.2%^[4]。
(2).试样的测定
　　用滴瓶以减量法称量约6g（根据含量不同自行调整）试样，精确到0.0001g。于预先加入20mL水的500mL的碘量瓶中，加入20.00mL溴标准溶液、5mL盐酸溶液，摇匀，置暗处30min，取出，加入15mL碘化钾溶液，摇匀，置暗处5min，取出，加入150mL水，立即以硫代硫酸钠标准溶液滴定至淡黄色时，加入约3mL淀粉继续滴定至蓝色消失即为终点。
(3).空白试验
　　于500mL碘量瓶中，加入20mL水以下完全按照试验的测定，从“加入20.00mL溴标准溶液”开始。

5.试验影响因素

(1)控制溶液的酸度：滴定必须在中性或弱酸性溶液中进行。在碱性中将发生下列反应：

　　　　　　　　　　　　　 S₂O₃^2- + 4I₂ + 10OH^- ═ 2SO₄^{2 -}+ 8I^- + 5H₂O

　　而且I₂在碱性中会发生歧化反应生成HOI及IO₃^-；在强酸性溶液中，溶液会发生分解反应：

　　　　　　　　　　　　　 S₂O₃^2-　 + 2H⁺ → SO₂ + S↓ + H₂O

(2)防止的挥发和氧化：需防止的挥发和空气中的O₂氧化加入过量的KI可使I₃^-形成络离子，且滴定时使用碘量瓶，不要剧烈摇动，以减少I₂的挥发。I^-被氧化的反应随着光照及酸度增高而加快。因此，在反应时应置于暗处，滴定前调节好酸度，析出I₂后立即进行滴定。
(3)加入淀粉时间的影响：经典方法表明加入淀粉应在被滴定物质被滴去95%以上即至浅黄色加入较好^[4]。

6.结果计算

　　以质量百分比数表示的游离单体（以CH₂=CH-CONH₂计）含量（X）-按下式计算：

　　X =[(Vo-V1)|*C*0.03603*100]/m

式中
　　 V₀：空白试验所消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，
　　 V₁：测定试样时所消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，
　　 c：硫代硫酸钠标准溶液的浓度，
　　 m：试样的质量
　　 0.03603g—1.00mL硫代硫酸钠溶液[c（Na₂S₂O₃）=1.00mol/L]相当于丙烯酰胺的质量，

7.结果与讨论

　　经实验得：采用本方法可根据不同试样（单体丙烯酰胺含量不同）称取不同的量进行实验均取得的很好的效果，所以本方法对于一般的实验室进行对聚丙烯酰胺鉴定具有简单，可靠等优点。

8.参考文献

[1] 胡宏汶主编. 有机化学（第二版下册）[M] 高等教育出版社， p499-500
[2] 王缄主编. 化工辞典（第四版）[M] 化学工业出版社，　 p497
[3] 王光焘等主编. 城市供水行业2000年技术进步发展规划[M] 中国建筑工业出版社，p138-139
[4] 武汉大学主编. 分析化学实验（第三版）[M] 高等教育出版社， p173-174，p170