馬慶霞,張忠智,苗建生,關(guān)迎春,肖 盟,關(guān)月明

(1.中國石油大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院,北京102249; 2.河南油田石油工程技術(shù)研究院,河南南陽473132)

淀粉-碘化鎘法測定部分水解聚丙烯酰胺濃度的影響因素分析

馬慶霞1,張忠智1,苗建生2,關(guān)迎春1,肖 盟1,關(guān)月明1

(1.中國石油大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院,北京102249; 2.河南油田石油工程技術(shù)研究院,河南南陽473132)

采用淀粉-碘化鎘法測定部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的濃度,確定最佳測定條件為:醋酸鈉緩沖溶液p H值5.0、溴代反應(yīng)時(shí)間10 min、溴水/KBr加入量1 mL;并探討了淀粉濃度對測定結(jié)果的影響,結(jié)果表明,淀粉濃度為5.0 g·L-1時(shí),測定結(jié)果較好。

淀粉-碘化鎘法;聚丙烯酰胺;濃度

聚丙烯酰胺(HPAM)是水溶性高分子化合物,廣泛應(yīng)用于采油、污水處理、造紙等領(lǐng)域[1,2]。

目前,測定采出液中 HPAM濃度的方法主要有淀粉-碘化鎘光度法[3]、比濁法[4]及紫外分光光度法[5]等,其中最常用的方法是淀粉-碘化鎘光度法,該法需要的儀器少、成本低、準(zhǔn)確度高,因此得到很多油田和實(shí)驗(yàn)室的采用。但緩沖溶液的p H值、各步驟反應(yīng)時(shí)間、淀粉濃度、可溶性淀粉的溶解方法等對測定結(jié)果影響顯著。作者在此對淀粉-碘化鎘測定部分水解聚丙烯酰胺濃度的影響因素進(jìn)行分析,以確定最佳的測定條件。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑和儀器

溴水、溴化鉀、甲酸鈉、醋酸鈉、可溶性淀粉、碘化鎘等,均為分析純。

(1)醋酸鈉緩沖溶液:將25 g水合醋酸鈉溶解在800 mL蒸餾水中,加入0.50 g水合硫酸鋁,用醋酸調(diào)p H值為5.0,稀釋至1000 mL,備用。

(2)淀粉-碘化鎘試劑:準(zhǔn)確稱取11 g碘化鎘溶于400 mL蒸餾水中,攪拌溶解后加熱煮沸10 min,冷卻至室溫。準(zhǔn)確稱取5 g可溶性淀粉倒入400 mL蒸餾水中,充分?jǐn)嚢?間歇式加入4～5 g NaOH顆粒,直到溶液完全透明,淀粉完全溶解。用醋酸中和NaOH,使溶液pH值≤7.0,用濾紙過濾,除去不溶性支鏈淀粉。將冷卻至室溫的碘化鎘溶液和過濾后的淀粉溶液混合,加蒸餾水至1000 mL(如果煮沸后的碘化鎘溶液含有雜質(zhì),則必須和淀粉一起過濾),密封,老化24 h,備用。

(3)100 mg·L-1聚合物:在500 mL燒杯中加入大約400 mL蒸餾水(或配制清水),準(zhǔn)確稱取0.05 g HPAM顆粒,均勻地撒入燒杯中,磁力攪拌20～30 min,待HPAM顆粒完全溶解、溶液完全透明后,轉(zhuǎn)入玻璃瓶中,用蒸餾水多次沖洗燒杯,一并轉(zhuǎn)入玻璃瓶中,至500 mL,密封,老化24 h,備用。

(4)溴水/KBr溶液:將8 mL液溴與60 g溴化鉀蒸餾水溶解并配制成500 mL的溶液。此過程在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行。

(5)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的甲酸鈉溶液,飽和溴水。

722型分光光度計(jì),PB-10型酸度計(jì),85-1型磁力攪拌器。

1.2 方法

在50 mL容量瓶中加入5 mL醋酸鈉緩沖溶液、適量(≤18 mL)HPAM試樣、15 mL蒸餾水,混勻后;加入1 mL溴水/KBr溶液(溴水加入量以反應(yīng)10 min后溶液顯黃色或淺黃色為準(zhǔn),以保證溴水過量),反應(yīng)10 min;加入5 mL 1%甲酸鈉溶液,反應(yīng)5 min;加入5 mL淀粉-碘化鎘試劑,用蒸餾水稀釋至刻度,搖勻,靜置10 min;用分光光度計(jì)在574 nm測定吸光度值,以蒸餾水作參比。

2 結(jié)果與討論

2.1 緩沖溶液pH值對吸光度的影響

保持其它條件不變,改變醋酸鈉緩沖溶液的p H值,測定10～50 mg·L-1的 HPAM在不同p H值下的吸光度,結(jié)果見表1。

表1 不同pH值醋酸鈉緩沖溶液中HPAM的吸光度(n=2)Tab.1 Absorbance of HPAM in different sodium acetate buffer solutions(n=2)

由于p H值為3.5時(shí),吸光度值過小,不宜測定HPAM濃度,未在表中列出。由表1可見,當(dāng)p H值為4.0～4.5時(shí),重現(xiàn)性不好;p H值為5.0時(shí),吸光度值略有下降,但重現(xiàn)性較好;p H值＞5.0時(shí),吸光度值過小(均低于0.01),未在表中列出。因此,適宜p H值為5.0。

2.2 溴代反應(yīng)時(shí)間對吸光度的影響

加入溴水/K Br,使酰胺基發(fā)生溴代反應(yīng),以準(zhǔn)確測量HPAM濃度。溴代反應(yīng)時(shí)間對吸光度的影響見圖1。

圖1 溴代反應(yīng)時(shí)間對吸光度的影響Fig.1 The effect of bromination reaction time on absorbance

由圖1可知,加入溴水/KBr反應(yīng)5 min時(shí),吸光度較低,反應(yīng)不夠充分;而后隨著溴代反應(yīng)時(shí)間的延長,吸光度快速升高;反應(yīng)10 min后,吸光度基本不變。因此,確定最適溴代反應(yīng)時(shí)間為10 min。

2.3 溴水/KBr加入量對吸光度的影響(表2)

表2 溴水/KBr加入量對吸光度的影響Tab.2 The effect of the addition amount of Br2/KBr on absorbance

由表 2可知,1 mL溴水/KBr足以使 2 mL HPAM發(fā)生溴代反應(yīng)。因此,確定最適溴水/KBr加入量為1 mL。

2.4 淀粉濃度對吸光度的影響

溴代酰胺在p H值為5.0的酸性條件下與淀粉-碘化鎘反應(yīng)生成藍(lán)色三碘—淀粉絡(luò)合物,此過程中可溶性淀粉是否全部溶解,對測定結(jié)果至關(guān)重要,否則會(huì)因每次淀粉溶解度不同,使數(shù)據(jù)沒有可比性。淀粉濃度對吸光度的影響見圖2。

圖2 淀粉濃度對吸光度的影響Fig.2 The effect of starch concentration on absorbance

由圖2可知,隨著淀粉濃度的增大,不同濃度HPAM的吸光度增幅增大。

2.5 最佳淀粉濃度的選擇(圖3)

圖3 HPAM濃度對吸光度的影響Fig.3 The effect of HPAM concentration on absorbance

由圖3可知,隨著淀粉濃度的增大,不同 HPAM濃度測得的吸光度值趨于一條直線;當(dāng)?shù)矸蹪舛仍龃蟮?.0 g·L-1時(shí),繼續(xù)增大淀粉濃度,擬合直線的斜率不再增大;當(dāng)?shù)矸蹪舛葹?.0 g·L-1時(shí),吸光度再現(xiàn)性最好。故確定最佳淀粉濃度為5.0 g·L-1。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

實(shí)驗(yàn)條件下建立的HPAM濃度-吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性好壞能直接反映實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理以及能否準(zhǔn)確測定HPAM濃度。

為使標(biāo)準(zhǔn)曲線滿足實(shí)際分析工作的需要,將1000 mg·L-1HPAM儲(chǔ)備液用蒸餾水稀釋成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液,分別取5 mL上述稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液于最佳條件下測定吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo)、c(HPAM)為橫坐標(biāo)繪制HPAM的標(biāo)準(zhǔn)曲線,結(jié)果見圖4。

圖4 HPAM的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.4 The standard curve of HPAM

由圖4可知,HPAM濃度在0～25 mg·L-1范圍內(nèi)線性極好,擬合線性回歸方程為 y=0.008x-0.0015,相關(guān)系數(shù) R2=0.9995。說明,在緩沖溶液pH值為5.0、溴水/KBr加入量為1 mL、溴代反應(yīng)時(shí)間為10 min、淀粉濃度為5.0 g·L-1的最佳條件下,能夠準(zhǔn)確測定HPAM濃度。

3 結(jié)論

采用淀粉-碘化鎘法測定聚丙烯酰胺濃度,確定最佳測定條件為:緩沖溶液p H值5.0、溴水/KBr加入量1 mL、溴代反應(yīng)時(shí)間10 min、淀粉濃度5.0 g· L-1。其中p H值5.0既能保證 N-溴代酰胺的產(chǎn)出,同時(shí)又保證在除去過量Br2時(shí)不致與甲酸鈉反應(yīng)。另外,在實(shí)驗(yàn)操作過程中,因?yàn)镠PAM在容量瓶壁上有粘附,所以,配制聚合物溶液的均勻性和顯色時(shí)容量瓶清洗的潔凈程度及所用可溶性淀粉是否完全溶解均對測定結(jié)果有較大影響。

[1] 王亞軍,唐頤,王星東.納米沸石的合成、性質(zhì)、組裝及應(yīng)用[J].石油化工,2002,31(3):217-223.

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[4] Allison J D,Wimbeley J W,Ely T L.Automated and manual method for the determination of polyacrylamides and other anionic polymers,SPE 13589[C].Proceedings of the SPE international symposium on oilfield and geothermal chemistry.Arizona:Phoenix,1985:9-11.

[5] Huang Yan,Bi Ying-Li,Zhen Kai-ji,et al.The retention of high molecular polyacrylamide by oil sand[J].Acta Scientiarium Naturalium Universitatis Jilinensis,1997,(3):76-78.

Analysis of the Effects on Determination of Concentration of Partially Hydrolyzed Polyacrylamide by Starch-Cadmium Iodide Method

MA Qing-xia1,ZHANG Zhong-zhi1,MIAO Jian-sheng2,GUAN Ying-chun1,XIAO Meng1,GUAN Yue-ming1
(1.Faculty of Chemical Science and Engineering,China University ofPetroleum,Beijing102249,China; 2.Institute ofPetroleum Engineering Technology,Henan Oilf ield Company,N anyang473132,China)

The determination of concentration of partially hydrolyzed polyacrylamide by starch-cadmium iodide method was studied.The optimum conditions were obtained as follows:sodium acetate buffer p H value 5.0,the bromination reaction time 10 min and the addition amount of Br2/KBr 1 mL.The results showed that the absorbance increased with the straight chain starch concentration,and the determination result was best when the straight chain starth concentration was 5.0 g·L-1.

starch-cadmium iodide method;polyacrylamide;concentration

TQ 326.4

A

1672-5425(2010)06-0080-03

2010-03-10

馬慶霞(1984-),女,河北衡水人,碩士研究生,研究方向:石油有機(jī)化學(xué);

張忠智,博士,教授。E-mail:jianhui2002@163.com。