pH值对测定三氧化二铁的影响

pH值对测定三氧化二铁的影响

孙春波

同纳检测认证集团有限公司 同纳检测认证集团有限公司 上海240325

摘要

GB/T 176-2017《水泥化学分析方法》中EDTA直接滴定法是一种常见的测定水泥中三氧化二铁的常规方法，方法中要求测定试液的pH值为1.8，但若pH值在大于或者小于1.8时，是否会对实验结果产生影响。本文通过调节不同的pH值进行实验分析，确定pH值对实验结果会产生影响，并且pH值在1.8-2.0这个范围时实验结果最为准确。

关键词：水泥、pH值、三氧化二铁

引言

检测水泥中三氧化二铁的含量是监控水泥质量中一项十分重要的检测参数，因此提升检测水泥质量的检测力度能够在一定程度上提高水泥的质量，从而提高相关项目的施工质量，保证建筑材料的质量，也能一定程度上提高其寿命。在测定水泥中三氧化二铁含量时，我们通常使用GB/T 176-2017《水泥化学分析方法》中EDTA直接滴定法进行实验测定，此方法pH值对试样测定三氧化二铁的准确度有着非常重要的影响，但在实际操作过程中通过精密pH试纸来调节pH值往往会导致试液pH值偏大或偏小，若不能准确控制pH值就无法得到准确结果，对于一名实验员准确的数据无疑十分重要，它是作为一名实验员的立身之本，因此我们搞清楚pH值对本试验究竟有什么影响，能确定一个可以测定出准确值的pH值范围，那么本方法的实验效率也能大大提高，本试验通过调节在pH=1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5的情况下，进行实验分析，从而确定pH值对本实验有影响且该实验的pH要确定控制在1.8-2.0时实验结果准确。

一、实际操作过程发现的问题

我们实际检测中一般都是按照GB/T 176-2017《水泥化学分析方法》中EDTA直接滴定法的要求，需要将试液通过精密pH试纸将pH值准确调节到1.8，但实际操作过程中pH值因主观因素如视觉误差又或者是客观因素如环境因素等，pH值被调节的大于或者小于1.8，会发现加入显色剂试液颜色无明显变化或滴定过程中变化不稳定，滴定终点往往难以判断，也会过快或者过慢的出现滴定终点，我们不禁疑惑此时的实验结果是否会产生影响，因此我们需要将pH值调节到pH=1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8进行实验分析。这里我们将pH值控制在1.0-2.8的原因是，以pH值1.8为中心点，将pH值减小1.0以及增加1.0，这样实验得出的数据对称具有参考性也更具有可靠性。将不同pH值试液分别进行实验，对得出的结果进行分析。

二、选取标样

在本次实验中我们需要一份已知且确定三氧化二铁含量的标准试样，这样我们实验得到结果就可以与其标准值进行比对，就能总结出pH值对结果是否有影响以及在什么范围测定的结果准确，本实验选取中国建筑材料检验中心研制国家水泥质量监督检验中心生产的《水泥用钢渣标准样品》，编号：JS 10-10，其三氧化二铁的标准值为17.00%，重复性限0.30%，作为实验试样。GB/T 176-2017《水泥化学分析方法》中EDTA直接滴定法适用于本标准样品。选取此标准样品，可以使分析结果更加准确可靠，并且本标准试样已经过粉磨，用0.08mm方孔标准筛进行筛分，混匀，我们无需再进行此操作。

三、调节不同pH值进行实验

按照GB/T 176-2017《水泥化学分析方法》中EDTA直接滴定法进行实验分析，共取38份试样，两两平行共19组，其取样量分别为第一组：0.5015g、0.5018g；第二组：0.5013g、0.5012g；第三组：0.5015g、0.5016g；第四组：0.5011g、0.5013g；第五组：0.5008g、0.5010g；第六组：0.5015g、0.5019g；第七组：0.5020g、0.5017g；第八组：0.5008g、0.5010g；第九组：0.5005g、0.5005g；第十组：0.5002g、0.5002g；第十一组：0.5010g、0.5013g；第十二组：0.5025g、0.5030g；第十三组：0.5012g、0.5015g；第十四组：0.5008g、0.5010g；第十五组：0.5023g、0.5028g；第十六组：0.5022g、0.5028g；第十七组：0.5012g、0.5016g；第十八组：0.5002g、0.5007g；第十九组：0.5021g、0.5016g。

将19组试样按GB/T 176-2017《水泥化学分析方法》中EDTA直接滴定法进行熔样，熔样所需温度及氢氧化钠使用量应保持一致，然后制备成试液，在制备成试液时加入的硝酸以及盐酸的量也要保持一致。通过控制变量法，只改变实验条件的pH值，将第一组pH值调节到1.0，第二组pH值调节到1.1，第三组pH值调节到1.2，第四组pH值调节到1.3，第五组pH值调节到1.4，第六组pH值调节到1.5，第七组pH值调节到1.6，第八组pH值调节到1.7，第九组pH值调节到1.8，第十组pH值调节到1.9，第十一组pH值调节到2.0，第十二组pH值调节到2.1，第十三组pH值调节到2.2，第十四组pH值调节到2.3，第十五组pH值调节到2.4，第十六组pH值调节到2.5，第十七组pH值调节到2.6，第十八组pH值调节到2.7，第十九组pH值调节到2.8。这里调节pH值若使用精密pH试纸调节可能存在主观以及客观因素的影响，无法准确调节到所需pH值，因此本实验改为使用通过计量认证的pH计，通过滴加氨水（1+1）和盐酸（1+1）来精准调节到本实验所需要的pH值，并增加19份空白样，每份空白样的pH值与其对应试样一致。然后按照方法要求对试液进行逐个滴定，滴定所用EDTA标准滴定溶液浓度为0.01995mol/L。

四、实验结果

通过对19组试样以及19份空白样进行滴定，发现19份空白样滴加完显色剂磺基水杨酸钠并无明显颜色变化，因此可以得出空白试样消耗EDTA标准滴定溶液均为0ml。

第一到八组pH值=1.0-1.7范围内，滴加显色剂磺基水杨酸钠试液颜色变化不明显，滴定过程中会发现试液颜色变化不稳定，滴定终点也不易判断，最终滴定终点消耗EDTA标准滴定溶液分别为：4.32ml、4.35ml；4.38ml、4.35ml；4.20ml、4.24ml；4.25ml、4.30ml；4.50ml、4.54ml；4.70ml、4.68ml；4.76ml、4.80ml；4.85ml、4.85ml。带入公式计算分别得出的结果为：13.72%、13.81%；13.92%、13.82%；13.34%、13.46%；13.51%、13.66%；14.31%、14.43%；14.93%、14.85%；15.10%、15.24%；15.43%、15.42%。

第九到十一组pH值=1.8-2.0范围内，滴加显色剂磺基水杨酸钠试液颜色变为红紫色，滴定过程中会发现颜色变化明显且稳定，滴定终点易判断，滴定结果分别消耗标液：5.38ml、5.40ml；5.35ml、5.35ml；5.36ml、5.38ml。通过计算得出结果分别为17.12%、17.19%；17.04%、17.04%；17.04%、17.09%。

第十二组到第十九组pH值=2.1-2.8范围内，滴加显色剂磺基水杨酸钠试液颜色变为红紫色且颜色明显，滴定过程会发现颜色变化较快也明显，滴定终点易判断，滴定结果分别为：5.15ml、5.15ml；5.02ml、5.04ml；4.80ml、4.78ml；4.60ml、4.60ml；4.30ml、4.32ml;4.15ml、4.16ml；3.90ml、3.88ml；3.68ml、3.65ml。计算得出结果分别为：16.32%、16.31%；15.95%、16.01%；15.27%、15.20%；14.59%、14.57%；13.64%、13.69%；13.19%、13.21%；12.42%、12.34%；11.67%、11.59%。

五、研究结论及建议

实验使用的《水泥用钢渣标准样品》，编号：JS 10-10，三氧化二铁的标准值为17.00%，重复性限0.30%，通过对19组试样结果与标准值进行比对，发现pH值=1.0-1.7的八组试样以及pH值=2.1-2.8的八组试样的结果都比标准值偏低，只有pH值=1.8-2.0的三组试样结果在标准值范围内，因此通过实验数据得出的结论是pH值对测定三氧化二铁有很大的影响，不能随意调节，且pH值控制在1.8-2.0时，实验结果最为准确，那么为何在pH值1.8-2.0三氧化二铁的结果最为稳定，通过查阅文献发现在pH值低于1.8时，三氧化二铁会变得过于灵敏，会导致颜色变化不稳定或难以读取，在pH值高于2.0时，三氧化二铁的颜色变化较为缓慢，会导致pH值读数不准确。在pH值为1.8至2左右时，三氧化二铁会呈现红色或棕色，且颜色变化明显。

通过本次实验结果表明，pH值对本方法三氧化二铁的测定有着很大影响，也不难看出pH值偏离越大，那么测定出的结果偏离准确值也就越大，并且也验证出该方法可以将pH值控制在1.8-2.0，pH值在此范围内三氧化二铁结果的准确度不受影响，不用只按照标准上严格控制在1.8，这样好处是在实际实验中更加便于实验者操作，可以一定程度上抵消主观及客观因素所造成的误差，可以缩短实验操作时间，使实验结果更加准确，提升实验效率。并且通过此实验也能总结出化学分析中准确的控制实验所需的条件尤为重要。

实验过程中也发现不足部分，通过精密pH试纸调节pH值容易被实验人员的主观因素造成误差干扰，而pH计也不是水泥实验室必备仪器且该方法中也没有用到pH计，是否能仅通过该实验方法所拥有设备及试剂就能精准调节pH值？能否通过加入一定量氨水（1+1）和盐酸（1+1），直接将pH值调节到实验所需值？此方法有待验证。

参考文献

[1]周正立、周君玉主编。水泥化验与质量操作技术问答[M]。化学工业出版社，2010.

[2]马振珠、王雅明、王瑞海主编。水泥试验室工作手册[M]。中国建材工业出版社，2010.

[3]刘迪主编。水泥质量检测应注意的问题分析[J]。科技与创新，2016.