Применение метода для определения цинка в резиновых изделиях
ГОСТ 28659-90 устанавливает метод определения цинка в резиновых изделиях с помощью титрования двунатриевой солью этилендинитрилтетрауксусной кислоты, то есть ЕДТА. Результат выражают в массовых процентах оксида цинка (ZnO).
Метод рассчитан на анализ резиновых изделий после озоления образца и перевода компонентов золы в раствор. Стандарт особенно полезен для лабораторного контроля рецептур, где цинк присутствует как активатор вулканизации или как компонент оксида цинка.
Ограничения метода и мешающие примеси
Стандарт прямо указывает, что присутствие свинца, магния, железа, титана, сурьмы, кремния и силикатов в золе не мешает определению при соблюдении установленной методики. Однако метод не применяют при наличии кобальта.
Снижение влияния мешающих компонентов достигается специальной химической обработкой раствора: удалением кремния, осаждением кальция и магния в виде гексафторалюминатов и связыванием ряда металлов в комплексы с фторид-ионами.
Принцип определения цинка по ГОСТ 28659-90
Испытуемую пробу сначала сжигают и получают золу. Далее золу растворяют в соляной кислоте. Если в растворе остаются нерастворимые компоненты, их дополнительно обрабатывают серной и фтористоводородной кислотами для удаления кремния.
После этого в раствор вводят:
- хлорид алюминия;
- хлорид магния;
- фторид аммония;
- гидроокись аммония;
- буферный раствор;
- ацетон;
- 2,4-пентадион;
- дитизон в качестве индикатора.
Содержание цинка определяют титрованием стандартным раствором двунатриевой соли ЕДТА до появления устойчивой жёлто-зелёной окраски.
Основные реактивы для анализа
При работе с реактивами и проведении анализа необходимо соблюдать требования техники безопасности и охраны здоровья. Для анализа используют реактивы известного аналитического типа и дистиллированную воду или воду эквивалентной чистоты.
| Реактив | Характеристика | Назначение |
|---|---|---|
| Ацетон | Без дополнительной концентрации | Растворитель и компонент титруемой среды |
| 2,4-пентадион | 10 %-ный раствор в ацетоне | Снижение мешающего влияния железа |
| Соляная кислота | ρ = 1,18 г/см³ | Растворение золы и приготовление растворов |
| Серная кислота | ρ = 1,84 г/см³ | Обработка нерастворимого остатка |
| Фтористоводородная кислота | 48 %-ный раствор | Удаление кремния |
| Гидроокись аммония | ρ = 0,91 г/см³ | Регулирование щелочности |
| Буферный раствор | 60 г уксусной кислоты + 77 г уксуснокислого аммония на 1000 см³ | Стабилизация условий титрования |
| Раствор хлорида алюминия | 0,1 моль/дм³ | Осаждение мешающих катионов |
| Раствор хлорида магния | 0,1 моль/дм³ | Подготовка среды титрования |
| Раствор фторида аммония | 3 моль/дм³ | Комплексообразование с мешающими ионами |
| Стандартный раствор цинка | 1 мг ZnO в 1 см³ | Установление титра ЕДТА |
| Стандартный раствор двунатриевой соли ЕДТА | 0,01 моль/дм³ | Титрант |
| Дитизон | 0,01 г в 10 см³ ацетона | Индикатор |
| Универсальная индикаторная бумага | Для контроля среды | Контроль перехода к щелочной реакции |
Раствор дитизона готовят свежим каждые 48 ч. Раствор фторида аммония хранят в полиэтиленовой ёмкости или в сосуде, залитом парафином.
Аппаратура и лабораторное оснащение
Для определения используют стандартную лабораторную аппаратуру, а также специализированные приборы и посуду, указанные в стандарте.
| Оборудование | Требование |
|---|---|
| Муфельная печь | Температура (550 ± 25) °C |
| Бюретка | 10 см³, цена деления 0,02 см³, класс А |
| Бюретка | 50 см³, цена деления 0,1 см³, класс А |
| Платиновые тигли | Вместимость 50 см³ |
Выбор бюретки зависит от ожидаемого содержания цинка в образце и от объёма аликвотной пробы.
Подготовка навески и получение золы
Для анализа берут навеску испытуемого образца массой около 1 г и взвешивают её с точностью до 0,0001 г. Навеску помещают в платиновый тигель и озоляют:
- по методу В ИСО 247 — для обычных образцов;
- по методу С ИСО 247 — при наличии галогенированных каучуков.
После охлаждения к золе добавляют примерно 50 см³ соляной кислоты, затем содержимое тигля переносят в стакан вместимостью 250 см³, где уже находится около 50 см³ воды. Остатки золы дробят стеклянным стержнем.
Если после охлаждения остаётся нерастворимый осадок, его обрабатывают отдельно. Если осадка нет, раствор сразу переводят к дальнейшей подготовке для титрования.
Обработка нерастворимого остатка и удаление кремния
Нерастворимый осадок фильтруют через беззольную фильтровальную бумагу, а фильтрат сохраняют. Осадок вместе с фильтровальной бумагой помещают во второй платиновый тигель и проводят дополнительную обработку:
- добавляют 2 см³ серной кислоты и нагревают для удаления избытка кислоты;
- переносят тигель в муфельную печь и выдерживают при (550 ± 25) °C до получения чистой золы;
- смачивают остаток 5–10 каплями серной кислоты;
- добавляют 5 см³ фтористоводородной кислоты и выпаривают до появления белых паров;
- операцию повторяют ещё раз;
- затем добавляют 1 см³ серной кислоты и 5 см³ фтористоводородной кислоты и снова выпаривают.
После этого содержимое тигля объединяют с сохранённым фильтратом, тигель промывают водой и промывные воды присоединяют к раствору.
Выбор аликвотной пробы по ожидаемому содержанию цинка
При необходимости раствор упаривают примерно до 50 см³, затем переносят в мерную колбу вместимостью 100 см³ и доводят водой до метки. Далее отбирают аликвотную пробу в зависимости от ожидаемой массовой доли цинка.
| Ожидаемая массовая доля, % | Объём аликвотной пробы, см³ | Вместимость бюретки, см³ |
|---|---|---|
| От 0 до 3 | 25 | 10 |
| Св. 3 до 8 | 10 | 10 |
| Св. 8 | 10 | 50 |
При необходимости аликвотную пробу разбавляют до 25 см³, после чего готовят её к титрованию.
Подготовка раствора к титрованию ЕДТА
К аликвотной пробе последовательно добавляют:
- 2 см³ раствора хлорида алюминия;
- 5 см³ раствора хлорида магния;
- 10 см³ раствора фторида аммония.
Затем вводят раствор гидроокиси аммония до тех пор, пока универсальная индикаторная бумага не покажет щелочную среду. После этого раствор подкисляют приблизительно 1 см³ серной кислоты, доводят до кипения и охлаждают до комнатной температуры.
Далее снова добавляют гидроокись аммония до щелочной реакции и дополнительно ещё 0,5 см³ того же раствора. После этого вводят:
- 10 см³ буферного раствора;
- 60 см³ ацетона;
- 5 см³ раствора 2,4-пентадиона;
- 5 капель раствора дитизона.
Подготовленный раствор охлаждают в ледяной бане перед титрованием.
Титрование и признак конечной точки
Титрование проводят стандартным раствором двунатриевой соли ЕДТА, используя бюретку, выбранную по таблице. Конец титрования фиксируют по появлению жёлто-зелёной окраски, которая не изменяется после добавления следующей капли раствора ЕДТА.
Для получения корректного результата сначала устанавливают титр раствора ЕДТА на стандартном растворе цинка. Для этого используют 25 см³ стандартного раствора цинка, содержащего 1 мг ZnO в 1 см³, и проводят титрование по той же схеме.
Расчёт содержания цинка в пересчёте на ZnO
Результат выражают в массовых процентах оксида цинка. Для расчёта используют:
- титр раствора ЕДТА, выраженный в граммах ZnO на 1 см³;
- объём раствора ЕДТА, израсходованный на титрование аликвотной пробы;
- объём аликвотной пробы;
- массу испытуемой навески.
Именно такой порядок позволяет привести результат к единой форме представления — массовая доля ZnO, %.
Особенности метода и практические замечания
- метод допускает наличие в золе свинца, магния, железа, титана, сурьмы, кремния и силикатов;
- при наличии кобальта метод не применяют;
- для образцов с нерастворимым остатком обязательно проводят обработку фтористоводородной кислотой;
- 2,4-пентадион дополнительно уменьшает мешающее влияние больших количеств железа;
- итог выражают не как содержание металлического цинка, а как содержание оксида цинка.
Что включают в протокол испытания
Протокол испытания по ГОСТ 28659-90 должен содержать:
- ссылку на настоящий стандарт;
- тип и идентификацию испытуемого изделия;
- результаты и метод их выражения;
- любые необычные подробности, замеченные при определении;
- любые операции, не включённые в стандарт или отмеченные как оптимальные.
Ссылочные нормативные документы
| Обозначение | Наименование | Применение в методе |
|---|---|---|
| ГОСТ 19816.4-91 | Резина. Определение содержания золы | Озоление испытуемого образца |
| ГОСТ 29251-91 | Стеклянная посуда. Бюретки. Основные требования | Требования к бюреткам 10 и 50 см³ |