TCVN 8254:2009 Thủy tinh-Phương pháp xác định hàm lượng bo oxit (B2O3)

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 8254:2009

THỦY TINH - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG BO OXIT (B₂O₃)

Glass - Test methods for determination of Boron oxide

Lời nói đầu

TCVN 8254 : 2009 do Viện Vật liệu Xây dựng - Bộ Xây dựng biên soạn, Bộ Xây dựng đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

THỦY TINH - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG BO OXIT (B₂O₃)

Glass - Test methods for determination of Boron oxide

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp phân tích hóa học để xác định hàm lượng bo oxit (B₂O₃) trong thủy tinh và gốm sứ.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau là cần thiết khi áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm các bản sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 4851-1989 (ISO 3696:1987), Nước dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.

3. Quy định chung

3.1. Hóa chất dùng trong phân tích có độ tinh khiết không thấp hơn “tinh khiết phân tích” (TKPT).

Nước dùng trong quá trình phân tích theo TCVN 4851-1989 (ISO 3696:1987) hoặc nước có độ tinh khiết tương đương (sau đây gọi là “nước”).

3.2. Hóa chất pha loãng theo tỷ lệ thể tích được đặt trong ngoặc đơn. Ví dụ HCl (1 + 1) là dung dịch gồm 1 thể tích HCl đậm đặc với 1 thể tích nước.

3.3. Dụng cụ thí nghiệm để pha chế và định mức làm bằng nhựa hoặc thủy tinh không chứa bo.

3.4. Nồng độ phần trăm của dung dịch (%) biểu thị bằng số gam chất tan trong 100 ml dung môi. Ví dụ natri cacbonat (Na₂CO₃), dung dịch 10% là dung dịch gồm 10 g natri cacbonat hòa tan trong 100 ml nước.

3.5. Khối lượng riêng (d) của thuốc thử đậm đặc được tính bằng gam trên mililit (g/ml).

3.6. Chỉ tiêu phân tích được tiến hành trên mẫu thử đã được gia công theo Điều 6 của tiêu chuẩn này.

3.7. Chỉ tiêu phân tích được tiến hành song song trên hai lượng cân của mẫu thử và một thí nghiệm trắng (bao gồm các lượng thuốc thử như đã nêu trong tiêu chuẩn, nhưng không có mẫu thử) để hiệu chỉnh kết quả.

Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song không được vượt giới hạn cho phép, nếu vượt giới hạn cho phép phải tiến hành phân tích lại.

3.8. Việc xây dựng lại đồ thị chuẩn tiến hành định kỳ theo khuyến cáo của nhà sản xuất thiết bị theo cách làm nêu trong tiêu chuẩn này.

3.9. Biểu thị khối lượng, thể tích và kết quả.

- Khối lượng tính bằng gam.

- Thể tích tính bằng mililit.

- Kết quả cuối cùng tính bằng phần trăm (%), là trung bình cộng của hai kết quả phân tích tiến hành song song, lấy đến 2 chữ số có nghĩa sau dấu phẩy.

4. Hóa chất, thuốc thử

4.1. Natri hydroxit (NaOH) khan.

4.2. D (-) Manitol (HOCH₂(CHOH)₄CH₂OH).

4.3. Axit clohydric (HCI) đậm đặc, d = 1,19.

4.4. Axit clohydric (HCI), pha loãng (1+1).

4.5. Axit sunfuric (H₂SO₄) đậm đặc, d = 1,84.

4.6. Natri cacbonat (Na₂CO₃) dung dịch 10 %, bảo quản trong bình nhựa.

4.7. Dung dịch chỉ thị para- nitrophenol (C₆H₅NO₃) 0,5%, trong nước.

4.8. Dung dịch chỉ thị phenolphtalein (C₂₀H₁₄O₄) 0,1%, trong cồn.

4.9. Thuốc thử axit carmin: hòa tan 500 mg carmin trong 500 ml axit sunfuric đậm đặc (4.5), bảo quản trong chai thủy tinh tối màu.

4.10. Dung dịch tiêu chuẩn natri hydroxit (NaOH) 0,1 N: pha từ ống fixanal.

4.11. Dung dịch tiêu chuẩn axit clohydric (HCI) 0,1 N: pha từ ống fixanal.

4.12. Dung dịch tiêu chuẩn gốc B³⁺ (B₂O₃ = 1 mg/ml).

Hòa tan 1,7760 g H₃BO₃ tinh khiết dạng tinh thể (đã được làm khô trong bình hút ẩm trong thời gian 24 giờ), vào nước. Chuyển toàn bộ dung dịch thu được vào bình định mức dung tích 1000 ml, thêm nước đến vạch mức, lắc đều.

*Dung dịch tiêu chuẩn làm việc B³⁺(B₂O₃ = 0,02 mg/ml)

Lấy chính xác 10 ml dung dịch tiêu chuẩn gốc B³⁺ vào bình định mức dung tích 500 ml thêm nước đến vạch mức, lắc đều.

* Xây dựng đồ thị chuẩn

Lấy 12 cốc chịu nhiệt dung tích 100 ml, lần lượt cho chính xác vào mỗi cốc một thể tích dung dịch tiêu chuẩn làm việc B³⁺ (C B₂O₃ = 0,02 mg/ml) theo thứ tự sau: 0 ml; 1 ml; 2 ml; 3 ml; 4 ml; 5 ml; 6 ml; 8 ml; 9 ml; 10 ml; 12ml và 15ml thêm nước đến thể tích khoảng 50 ml, cô trên bếp cách cát đến thể tích còn khoảng 5 ml, để nguội dung dịch và thêm tiếp khoảng 3 ml đến 4 ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc (4.5). Tiếp tục cô dung dịch thu được trên bếp cách cát cho đến khi xuất hiện khói trắng (thể tích dung dịch còn khoảng 2 ml).

Để nguội dung dịch rồi thêm 2 giọt dung dịch axit clohydric đậm đặc (4.3), tiếp tục thêm chính xác 10 ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc (4.5) và 10 ml dung dịch thuốc thử axit carmin (4.9). Sau 60 phút tiến hành đo độ hấp thụ quang của dung dịch ở bước sóng 600 nm. Dung dịch so sánh là mẫu trắng.

Từ lượng B₂O₃ có trong mỗi cốc và giá trị độ hấp thụ quang tương ứng xây dựng đồ thị chuẩn biểu thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang theo hàm lượng B₂O₃ (mg) có trong mỗi cốc.

5. Thiết bị, dụng cụ

5.1. Cân phân tích, có độ chính xác đến 0,0001 g.

5.2. Tủ sấy, đạt nhiệt độ (300 ± 5) °C và có bộ phận điều chỉnh nhiệt độ.

5.3. Lò nung, đạt nhiệt độ (950 ± 50) °C và có bộ phận điều chỉnh nhiệt độ.

5.4. Máy đo màu quang điện hoặc phổ quang kế UV-VIS, có khả năng đo độ hấp thụ quang ở bước sóng từ 380 nm đến 850 nm, có cuvét bằng thạch anh có chiều dày lớp hấp thụ là 1 cm.

5.5. Máy cất nước.

5.6. Tủ hút hơi độc.

5.7. Chén niken, dung tích 30 ml hoặc 50 ml.

5.8. Bếp điện, bếp cách cát, kiểm soát được ở nhiệt độ 400 °C.

5.9. Bình định mức, dung tích 250 ml; 500 ml; 1000 ml.

5.10. Bình tam giác, dung tích 250 ml.

5.11. Cốc nhựa hoặc cốc thủy tinh chịu nhiệt, dung tích 100 ml; 250 ml.

5.12. Phễu lọc bằng nhựa f 7 cm.

5.13. Pipet dung tích 1 ml, 2 ml; 5 ml; 10 ml; 25 ml; 50 ml.

5.14. Buret loại 5 ml; 10 ml; 25 ml, có vạch chia chính xác đến 0,05 ml và 0,10 ml.

5.15. Giấy lọc, chảy nhanh (đường kính lỗ trung bình khoảng 20 mm).

5.16. Chày, cối, bằng đồng hoặc bằng thép.

5.17. Chày, cối bằng mã não.

5.18. Sàng, có kích thước lỗ: 0,063 mm; 0,10 mm; 0,20 mm.

6. Chuẩn bị mẫu thử

Mẫu được dùng để thử nghiệm có khối lượng không ít hơn 500 g và được gia công sơ bộ đến kích thước hạt không lớn hơn 4 mm.

Trộn đều mẫu thử, dùng phương pháp chia tư lấy khoảng 100 g, nghiền nhỏ đến lọt hết qua sàng 0,20 mm. Tiếp tục dùng phương pháp chia tư để lấy khoảng 50 g mẫu, nghiền nhỏ đến lọt hết qua sàng 0,10 mm (khi gia công mẫu thử, nếu sử dụng dụng cụ bằng thép, phải dùng nam châm để loại sắt lẫn vào mẫu). Rút gọn mẫu bằng phương pháp chia tư để lấy khoảng 15 g đến 20 g mẫu, nghiền mịn trên cối mã não đến lọt hết qua sàng 0,063 mm để làm mẫu phân tích hóa học, phần còn lại bảo quản làm mẫu lưu.

Mẫu dùng cho phân tích hóa học được sấy ở nhiệt độ (105 ± 5)°C, đến khối lượng không đổi, để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng.

7. Phân giải mẫu thử

Cân khoảng 0,5 g mẫu, đã được chuẩn bị theo Điều 6, chính xác đến 0,0001 g, cho vào chén niken đã có sẵn từ 4 g đến 5 g natri hydroxit khan (4.1), phủ lên trên mẫu một lớp natri hydroxit khan (4.1) dày từ 1 cm đến 2 cm nữa.

Cho chén niken có mẫu vào lò nung ở nhiệt độ 400 °C, tăng nhiệt độ lò nung cho đến khi đạt nhiệt độ (600 ± 50) °C. Nung mẫu ở nhiệt độ này trong khoảng 30 phút. Lấy chén ra để nguội. Chuyển chén có chứa khối nung chảy vào cốc nhựa chịu nhiệt hoặc cốc thủy tinh dung tích 250 ml đã có sẵn khoảng 150 ml nước nóng, đun nhẹ để hòa tan toàn bộ khối nung chảy. Rửa sạch chén niken bằng nước nóng.

Trung hòa dung dịch thu được bằng cách thêm từ từ từng lượng nhỏ axit clohydric (1+1) (4.4), vừa thêm vừa khuấy đều cho đến khi ngừng sủi bọt. Dùng nước đun sôi tia rửa thành cốc và đun nhẹ dung dịch trên bếp cách cát (ở nhiệt độ từ 100 °C đến 110 °C) đến thể tích còn khoảng 100 ml.

Làm nguội dung dịch, thêm tiếp 1 đến 2 giọt para - nitrophenol 0,5 % (4.7) và thêm từ từ từng giọt dung dịch natri cacbonat 10 % (4.6) cho đến khi dung dịch chuyển sang màu vàng.

Đun nhẹ dung dịch ở nhiệt độ khoảng 80°C trong thời gian 20 phút để đông tụ kết tủa. Làm nguội dung dịch, chuyển dung dịch vào bình định mức dung tích 250 ml, thêm nước đến vạch mức, lắc đều.

Lọc dung dịch bằng giấy lọc chảy nhanh qua phễu lọc nhựa (khô) vào bình tam giác (khô), dung tích 250 ml. Dung dịch này (gọi là dung dịch A) được dùng để xác định hàm lượng bo oxit có trong mẫu thử.

8. Phương pháp thử

8.1. Xác định hàm lượng bo oxit bằng phương pháp đo màu

Phương pháp này áp dụng cho mẫu có hàm lượng B₂O₃ ≤ 2 %.

8.1.1. Nguyên tắc

Trong môi trường ôlêum, ion bo tạo phức màu với thuốc thử axit carmin, có cực đại hấp thụ tại bước sóng 600 nm, cường độ màu của phức tạo thành tỷ lệ với lượng bo có trong dung dịch.

8.1.2. Cách tiến hành

Tùy theo hàm lượng B₂O₃ có trong mẫu, lấy chính xác 10 ml hoặc 20 ml hoặc 25ml hoặc 50 ml dung dịch A vào cốc chịu nhiệt, dung tích 100 ml, cô trên bếp cách cát đến khi thể tích dung dịch còn khoảng 5 ml. Để nguội, thêm vào dung dịch khoảng 3 đến 4 ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc (4.5). Tiếp tục cô dung dịch trên bếp cách cát đến khi xuất hiện khói trắng (thể tích còn khoảng 2 ml).

Để nguội dung dịch, thêm 2 giọt dung dịch axit clohydric đậm đặc (4.3), tiếp tục thêm chính xác 10 ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc (4.5) và 10 ml dung dịch thuốc thử axit carmin (4.9). Sau 60 phút tiến hành đo độ hấp thụ quang của dung dịch ở bước sóng 600 nm. Dung dịch so sánh là mẫu trắng. Từ giá trị độ hấp thụ quang thu được, dựa vào đồ thị chuẩn (4.12) để xác định hàm lượng B₂O₃ có trong mẫu.

8.1.3. Tính kết quả

Hàm lượng bo oxit (B₂O₃), tính bằng phần trăm, theo công thức:

trong đó:

m₁ là lượng bo oxit tìm được trên đồ thị chuẩn, tính bằng gam (g);

m là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để xác định bo oxit, tính bằng gam (g).

Chênh lệch cho phép giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,02 %.

8.2. Xác định hàm lượng bo oxít bằng phương pháp trung hòa

Phương pháp này áp dụng cho mẫu có hàm lượng B₂O₃ > 2 %.

8.2.1. Nguyên tắc

Axit boric tạo với D (-) manitol một phức chất dạng axit có hằng số phân ly lớn hơn hằng số phân ly của axit boric. Dùng dung dịch tiêu chuẩn natri hydroxit để chuẩn độ axit phức này với chỉ thị phenolphtalein. Kết thúc quá trình chuẩn độ, dung dịch chuyển từ không màu sang màu hồng đỏ.

8.2.2. Cách tiến hành

Lấy chính xác 100 ml dung dịch A (Điều 7) vào bình tam giác làm bằng thủy tinh chịu nhiệt không chứa bo dung tích 250 ml. Thêm vào dung dịch 1 đến 2 giọt para- nitrophenol 0,5 % (4.7), tiếp tục thêm từ từ từng giọt axit clohydric (1+1) (4.4) đến khi dung dịch chuyển sang không màu, cho dư thêm 2 đến 3 giọt nữa.

Lắp ống sinh hàn vào bình nón và đun sôi hồi lưu trong thời gian khoảng 20 phút. Trong quá trình đun hồi lưu, nếu dung dịch xuất hiện màu vàng trở lại, cần cho thêm vào bình tam giác từ 1 đến 2 giọt axit clohydric (1+1) (4.4) nữa.

Tháo bình tam giác khỏi hệ đun hồi lưu, dùng nước nóng tráng phần trong của ống sinh hàn, gộp nước tráng vào bình tam giác rồi làm lạnh nhanh phía ngoài bình (dưới vòi nước chảy) đến nhiệt độ phòng.

Sử dụng các buret chuẩn độ để thêm từ từ từng giọt các dung dịch tiêu chuẩn natri hydroxit 0,1 N (4.10) và axit clohydric 0,1N (4.11) điều chỉnh dung dịch trong bình tam giác đến khi xuất hiện màu vàng.

Thêm tiếp vào bình 2 đến 3 giọt chỉ thị phenolphtalein 0,1 % (4.8) và 1 g D (-) manitol (4.2), lắc đều (dung dịch chuyển sang không màu).

Điều chỉnh buret tiêu chuẩn natri hydroxit 0,1 N về vạch không. Tiến hành chuẩn độ dung dịch thu được bằng dung dịch tiêu chuẩn natri hydroxit 0,1 N (4.10) đến khi xuất hiện màu hồng đỏ. Thêm tiếp vào dung dịch 1 g D (-) manitol (4.2) nữa, lắc đều, nếu thấy dung dịch mất màu, tiếp tục dùng dung dịch tiêu chuẩn natri hydroxit 0,1N (4.10) chuẩn độ đến xuất hiện màu hồng đỏ. Lặp lại các thao tác thêm 1 g D (-) manitol (4.2), lắc đều và chuẩn độ cho đến khi màu hồng đỏ của dung dịch không mất đi khi thêm một lượng D (-) manitol mới.

Ghi thể tích dung dịch tiêu chuẩn natri hydroxit 0,1 N tiêu tốn (V).

8.2.3. Tính kết quả

Hàm lượng bo oxit (B₂O₃), tính bằng phần trăm, theo công thức:

trong đó:

0,003481 là khối lượng bo oxit tương ứng với 1 ml dung dịch tiêu chuẩn natri hydroxit 0,1 N, tính bằng gam (g);

V là thể tích dung dịch tiêu chuẩn natri hydroxit 0,1 N tiêu tốn khi chuẩn độ, tính bằng mililit (ml);

V₀ là thể tích dung dịch tiêu chuẩn natri hydroxit 0,1 N tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu trắng, tính bằng mililit (ml);

m là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để xác định bo oxit, tính bằng gam (g).

Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,35 %.

9. Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo kết quả thử nghiệm bao gồm ít nhất các thông tin sau:

- Các thông tin cần thiết để nhận biết mẫu thử một cách đầy đủ;

- Viện dẫn tiêu chuẩn này;

- Các bước tiến hành thử khác với quy định của tiêu chuẩn này (ghi rõ tài liệu viện dẫn);

- Các kết quả thử;

- Các tình huống có ảnh hưởng đến kết quả thử;

- Ngày, tháng, năm tiến hành thử nghiệm.