測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置及方法

2023-04-22 15:35:56 4

專利名稱：測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置及方法
技術領域：
本發明屬於化學分析技術領域，更具體地講，本發明涉及一種測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置及方法。
背景技術：
硫酸氧釩又稱硫酸釩醯、硫酸釩，分子式為VOSO4 · ηΗ20,分子量為163. O (以無水物計)。為藍色結晶物且含有結晶水，易溶於水。硫酸氧釩是工業生產釩電池(VRB)的最重要原料，同時在化工和醫學上有著廣泛的用途，在工業上主要用作染織行業的媒染劑，如用作玻璃和陶瓷的著色劑；化工行業的催化劑和能源材料行業的全釩液流電池的電解液；在醫藥上硫酸氧釩可以促進蛋白質的合成和幫助輸送營養，如胺基酸和葡萄糖進行進入肌細胞，增大肌細胞體積，同時有近似於胰島素的功能，對糖尿病存在藥用效果。隨著我國化工行業，能源工業及製藥業的發展，硫酸氧釩的需求量逐年增大。在產品的研發過程中，會出現還原過度，使其中的四價釩轉化為三價釩，因此三價釩的含量是指示反應進行程度及還原劑是否過量的關鍵指標。關於三價釩的測定，較多的文獻都是氧化釩中價態釩含量的測定方法，如還原性釩氧化物、碳還原後的氧化釩、釩電解液等樣品中不同價態釩的測定，測定方法通常採用硫酸亞鐵銨滴定法和電位滴定法，並不能適用於硫酸氧釩中三價釩分析。另外，硫酸氧釩根據製備工藝的不同，釩的物相除大量的四價外還可能存在少量的三價、五價，所以準確測定三價釩，難度較大。

發明內容
針對現有技術中存在的不足，本發明的目的之一在於解決上述現有技術中存在的一個或多個問題。本發明的目的在於提供一種能夠快速、準確地測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置及方法。為了實現上述目的，本發明的一方面提供了一種測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置，所述裝置包括順次用導氣管連接的保護氣體存儲容器、用於吸收保護氣體中還原性氣體的第一洗氣瓶、用於吸收保護氣體中氧化性氣體的第二洗氣瓶和樣品分解容器。根據本發明的測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置的一個實施例，所述保護氣體存儲容器上設置有控制閥門，且所述保護氣體存儲容器中的保護氣體為二氧化碳或氮氣。根據本發明的測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置的一個實施例，所述第一洗氣瓶中裝有濃度為10 50g/L的高錳酸鉀溶液，所述第二洗氣瓶裝有濃度為100 300g/L的焦性沒食子酸。根據本發明的測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置的一個實施例，所述樣品分解容器上的容器塞上包括進氣孔、出氣孔和滴定加料孔。本發明的另一方面還提供了一種測定硫酸氧釩中三價釩含量的方法，在待測樣品中加入無水亞硫酸鈉，並加入硫酸溶液形成待測試液，在保護氣體氣氛下以苯代鄰氨基苯甲酸為指示劑，用釩酸銨標準滴定溶液滴定至待測試液變為紫色，根據消耗的釩酸銨標準滴定溶液體積計算待測樣品中三價釩的含量，並且所述方法使用上述測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置。根據本發明的測定硫酸氧釩中三價釩含量的方法的一個實施例，所述方法具體包括以下步驟A、稱取I. Og以上的待測樣品置於所述樣品分解容器中，加入O. I O. 3g無水亞硫Ife納，並蓋上各器塞；B、組裝所述測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置並向所述樣品分解容器中通入保護氣體，通氣時間不少於5min ；C、向所述樣品分解容器中加入15 50mL由硫酸與水按照I : I的體積比混合製成的硫酸溶液形成待測試液，並將待測試液低溫煮沸5 IOmin後冷卻； D、向所述待測試液中加入3 5滴濃度為2g/L的苯代鄰氨基苯甲酸指示劑，再用濃度為O. 003 O. 005mol/L的釩酸銨標準滴定溶液滴定至待測試液變為紫色。根據本發明的測定硫酸氧釩中三價釩含量的方法的一個實施例，所述方法還包括向所述樣品分解容器中加入磁力攪拌轉子並使待測試液的滴定在磁力攪拌器上進行的步驟。在本發明中，由於三價釩極不穩定，易被氧化，所以密閉的測定裝置是關鍵，整個測定過程須在保護氣氛下完成。兩個洗氣瓶分別將保護氣體中可能殘留的還原性氣體如CO、H2S,氧化性氣體如02、SO3等依次吸收，消除這些氣體給測定造成的幹擾，無水亞硫酸鈉的加入可將五價釩還原為四價釩，避免硫酸氧釩中的三價釩與五價釩反應。本發明具有快速、準確、簡便等優點，可操作性強、結果穩定性高。本發明除可用於硫酸氧釩中三價釩含量的測定外，還可擴展應用於純的釩氧化物，如五氧化二釩、三氧化二釩、釩的溶液如硫酸氧釩電解液等物質中釩含量的測定。


圖I是本發明示例性實施例的測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置的結構示意圖。I-保護氣體存儲容器、2-控制閥門、3-第一洗氣瓶、4-第二洗氣瓶、5-樣品分解容器、6-滴定管、7-導氣管。
具體實施例方式在下文中，將結合示例性實施例來詳細說明本發明的測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置及方法。由於三價釩極不穩定，易被氧化，為了準確測定硫酸氧釩中三價釩的含量，本發明首先提供了一種密閉的裝置，以使整個測定過程在保護氣體氣氛下完成。根據本發明的測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置包括順次用導氣管7連接的保護氣體存儲容器I、用於吸收保護氣體中還原性氣體的第一洗氣瓶3、用於吸收保護氣體中氧化性氣體的第二洗氣瓶4和樣品分解容器5。保護氣體可以依次經過第一洗氣瓶3、第二洗氣瓶4而進入樣品分解容器5，使樣品分解容器5中的樣品分解、測定等步驟均在保護氣體氣氛下進行。
優選地，在本發明測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置的一個示例性實施例中，保護氣體存儲容器I上設置有控制閥門，以控制保護氣體的排放；並且，保護氣體存儲容器中I的保護氣體為二氧化碳或氮氣。優選地，在本發明測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置的另一個示例性實施例中，第一洗氣瓶中裝有濃度為10 50g/L的高錳酸鉀溶液，以吸收保護氣體中可能殘留的還原性氣體，如CO、H2S等；第二洗氣瓶裝有濃度為100 300g/L的焦性沒食子酸，以吸收保護氣體中可能殘留的氧化性氣體，如02403等，但本發明不限於此。設置上述第一洗氣瓶和第二洗氣瓶是為了消除上述可能殘留的氣體對測定造成的幹擾，提高測定的精確度。其中，第一洗氣瓶和第二洗氣瓶的順序不能顛倒，因為如果先用焦性沒食子酸吸收氧化性氣體，則還原性氣體還會被高錳酸鉀再氧化為氧化性氣體，無法完全去除氧化性氣體會干擾三價釩的測定。在本發明測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置的另一個示例性實施例中，鑑於測定時的密封性要求，樣品分解容器5上的容器塞上包括進氣孔、出氣孔和滴定加料孔，其中進 氣孔用於通入保護氣體，出氣孔用於引出保護氣體，滴定加料孔用於加料、放置滴定管6。優選地，樣品分解容器5可以為錐形瓶等器具。根據本發明的測定硫酸氧釩中三價釩含量的方法是在待測樣品中加入無水亞硫酸鈉，並加入硫酸溶液形成待測試液，在保護氣體氣氛下以苯代鄰氨基苯甲酸為指示劑，用釩酸銨標準滴定溶液滴定至待測試液變為紫色，根據消耗的釩酸銨標準滴定溶液體積計算待測樣品中三價釩的含量，並且所述方法使用上述測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置。具體地，在本發明測定硫酸氧釩中三價釩含量的方法的一個示例性實施例中，所述方法具體包括以下步驟A、稱取I. Og以上的待測樣品置於所述樣品分解容器中，加入O. I O. 3g無水亞
硫酸鈉，並蓋上容器塞。其中，稱取的待測樣品量可以根據待測樣品中大概的三價釩含量進行選擇，由於三價釩含量通常< O. 5%，所以待測樣品量應在I. Og以上，在容器塞上提前打好三個孔，大小以能插入滴定管的下端為宜。其中，加入無水亞硫酸鈉是為了將待測樣品中的五價釩還原為四價釩，避免三價釩與五價釩反應，而影響三價釩含量的測定。無水亞硫酸鈉的用量在O. I O. 3g為宜，純度要求達到分析純及以上。B、組裝所述測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置並向所述樣品分解容器中通入保護氣體，通氣時間不少於5min。此步驟是使除去殘存的氧化性氣體和還原性氣體的保護氣體趕走整個測定裝置中的空氣，使整個測定過程可以在保護氣體氣氛下進行。C、向所述樣品分解容器中加入15 50mL的硫酸與水按照I : I的體積比混合製成的硫酸溶液形成待測試液，並將待測試液低溫煮沸5 IOmin後冷卻。其中，硫酸的密度為1.98g/mL。由於鹽酸等酸屬於還原性酸，可與釩酸銨發生反應，而硝酸等酸屬於氧化性酸，會氧化三價釩，本發明必須避免使用氧化性酸和還原性酸，故選擇硫酸。D、向所述待測試液中加入3 5滴濃度為2g/L的苯代鄰氨基苯甲酸指示劑，再用濃度為O. 003 O. 005mol/L的釩酸銨標準滴定溶液滴定至待測試液變為紫色。
其中，本發明的釩酸銨標準滴定溶液配製時所使用的釩酸銨(分子式為NH4VO3,也可以稱為偏釩酸銨)的純度要求達到99. 95%以上。由於釩酸銨(NH4VO3)中的釩為五價釩，待測試液中的三價釩會與釩酸銨標準滴定溶液中的五價釩按照I:I的比例關係反應生成四價釩，當五價釩過量時，指示劑與五價釩作用顯示紫色，因此可以根據消耗的釩酸銨標準滴定溶液的體積計算待測試液中的三價釩含量。優選地，在本發明測定硫酸氧釩中三價釩含量的方法的另一個示例性實施例中，所述方法還包括向樣品分解容器中加入磁力攪拌轉子並使待測試液的滴定在磁力攪拌器上進行的步驟。使用磁力攪拌的方式可以使待測試液與釩酸銨標準滴定溶液充分反應，提高測定精確度，且有助於保證裝置的密封性，保證滴定反應在保護氣體氣氛下進行。在再一個示例性實施例中，本發明的測定硫酸氧釩中三價釩含量的方法也可以採用如下的方式來實現A、稱取適量待測樣品於乾燥的樣品分解容器中，待測樣品量可根據三價釩含量的高低選擇。向樣品分解容器中放入I個磁力攪拌轉子，加入O. I O. 3g無水亞硫酸鈉，蓋上 三孔膠塞，按圖I連接好測定裝置，打開控制閥門，通入保護氣體，通氣時間不得少於5min ；B、從膠塞孔加入15 50mL硫酸溶液,將樣品分解容器置於電加熱板上,低溫煮沸5 IOmin,取下後冷卻；C、從膠塞孔加入3 5滴濃度為2g/L的苯代鄰氨基苯甲酸指示劑，在磁力攪拌器上，用濃度為O. 003 O. 005mol/L的釩酸銨標準滴定溶液滴定至溶液變為紫色。D、通過消耗的釩酸銨標準滴定溶液體積計算待測樣品中三價釩的含量下面將結合具體示例來詳細描述本發明的示例性實施例。示例 I :稱取I. OOOg硫酸氧釩樣品置於300mL錐形瓶中，放入I個磁力攪拌轉子，加入O. Ig無水亞硫酸鈉，蓋上膠塞，按圖I連接好測定裝置，打開控制閥門並通入CO2，通氣時間為lOmin。從膠塞孔加入15mL的硫酸溶液形成待測試液，用少量水衝洗膠塞孔，將錐形瓶置於電加熱板上，低溫煮沸5min,取下後冷卻。從膠塞孔加入3 5滴濃度為2g/L的苯代鄰氨基苯甲酸指示劑，用少量水衝洗膠塞孔，再將錐形瓶置於磁力攪拌器上，用濃度為O. 003mol/L的釩酸銨標準滴定溶液滴定至待測試液變為紫色，計算得到三價釩含量的測定結果如表I所示。其中，第一洗氣瓶中裝有濃度為50g/L的高錳酸鉀溶液；第二洗氣瓶裝有濃度為100g/L的焦性沒食子酸。焦性沒食子酸配製時使用50 100g/L的氫氧化鈉溶液配製，所使用的高錳酸鉀、焦性沒食子酸和氫氧化鈉均要求達到分析純及以上。無水亞硫酸鈉的純度要求達到分析純及以上。硫酸溶液由濃硫酸(密度為1.84g/L)與水按照I : I的體積比混合製成，純度要求達到分析純及以上。釩酸銨標準滴定溶液配製時所使用的釩酸銨的純度要求達到99. 95%以上。表I示例I的硫酸氧釩樣品中三價釩含量的測定結果
權利要求
1.一種測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置，其特徵在於，所述裝置包括順次用導氣管連接的保護氣體存儲容器、用於吸收保護氣體中還原性氣體的第一洗氣瓶、用於吸收保護氣體中氧化性氣體的第二洗氣瓶和樣品分解容器。
2.根據權利要求I所述的測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置，其特徵在於，所述保護氣體存儲容器上設置有控制閥門，且所述保護氣體存儲容器中的保護氣體為二氧化碳或氮氣。
3.根據權利要求I所述的測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置，其特徵在於，所述第一 洗氣瓶中裝有濃度為10 50g/L的高錳酸鉀溶液，所述第二洗氣瓶裝有濃度為100 300g/L的焦性沒食子酸。
4.根據權利要求I所述的測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置，其特徵在於，所述樣品分解容器上的容器塞上包括進氣孔、出氣孔和滴定加料孔。
5.一種測定硫酸氧釩中三價釩含量的方法，其特徵在於，在待測樣品中加入無水亞硫酸鈉，並加入硫酸溶液形成待測試液，在保護氣體氣氛下以苯代鄰氨基苯甲酸為指示劑，用釩酸銨標準滴定溶液滴定至待測試液變為紫色，根據消耗的釩酸銨標準滴定溶液體積計算待測樣品中三價釩的含量，並且所述方法使用根據權利要求I至4中任一項所述的測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置。
6.根據權利要求5所述的測定硫酸氧釩中三價釩含量的方法，其特徵在於，所述方法具體包括以下步驟 A、稱取I.Og以上的待測樣品置於所述樣品分解容器中，加入O. I O. 3g無水亞硫酸納，並蓋上各器塞； B、組裝所述測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置並向所述樣品分解容器中通入保護氣體，通氣時間不少於5min ； C、向所述樣品分解容器中加入15 50mL由硫酸與水按照I: I的體積比混合製成的硫酸溶液形成待測試液，並將待測試液低溫煮沸5 IOmin後冷卻； D、向所述待測試液中加入3 5滴濃度為2g/L的苯代鄰氨基苯甲酸指示劑，再用濃度為O. 003 O. 005mol/L的釩酸銨標準滴定溶液滴定至待測試液變為紫色。
7.根據權利要求6所述的測定硫酸氧釩中三價釩含量的方法，其特徵在於，所述方法還包括向所述樣品分解容器中加入磁力攪拌轉子並使待測試液的滴定在磁力攪拌器上進行的步驟。
全文摘要
本發明公開了一種測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置，所述裝置包括順次用導氣管連接的保護氣體存儲容器、用於吸收保護氣體中還原性氣體的第一洗氣瓶、用於吸收保護氣體中氧化性氣體的第二洗氣瓶和樣品分解容器。本發明還公開了一種測定硫酸氧釩中三價釩含量的方法，在待測樣品中加入無水亞硫酸鈉，並加入硫酸溶液形成待測試液，在保護氣體氣氛下以苯代鄰氨基苯甲酸為指示劑，用釩酸銨標準滴定溶液滴定至待測試液變為紫色，根據消耗的釩酸銨標準滴定溶液體積計算待測樣品中三價釩的含量，並且所述方法使用上述測定硫酸氧釩中三價釩含量的裝置。本發明具有快速、準確、簡便等優點，可操作性強、結果穩定性高。
文檔編號G01N21/79GK102879391SQ20121035790
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者鄭小敏, 汪雪梅, 楊平, 吳建國, 於利慧 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司