吐溫60膠束增敏分光光度法測(cè)定油田采出水中鋁含量

陳雪艷，宋碧濤，徐 丹，朱霞石，王赪胤＊

（1．揚(yáng)州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州225002；2．中石化江蘇油田分公司石油工程研究院，江蘇 揚(yáng)州225009）

檸檬酸鋁被用來(lái)合成膠態(tài)分散凝膠（交聯(lián)劑）以用于低溫油田調(diào)剖作業(yè)中，油田采出水中鋁含量變化可以直接反映出調(diào)剖交聯(lián)劑在油層中的流動(dòng)及變化情況［1］，因此檢測(cè)油田采出水中鋁離子的含量具有重要的應(yīng)用價(jià)值．目前，鋁的檢測(cè)方法主要包括電位法［2］、原子吸收光譜法［3］及紫外分光光度法［4－5］等．表面活性劑的膠束增敏在光譜研究中發(fā)揮著重要作用［6］，已有文獻(xiàn)報(bào)道采用十六烷基三甲基溴化銨［7］、溴化十六烷基吡啶［8］、曲拉通X－114［9］等表面活性劑作為光譜法測(cè)定鋁的增敏劑，而以非離子表面活性劑吐溫60作增敏劑進(jìn)行鋁含量的測(cè)定方法尚未見(jiàn)報(bào)道．本文提出一種吐溫60膠束增敏可見(jiàn)分光光度法定量測(cè)定油田采出水中鋁離子含量的新方法．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

723PC可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海新茂有限公司）；酸度計(jì)（上海精科雷磁儀器廠）；電子分析天平（上海梅特勒－托利多有限公司）．

鋁片（0．1mm×100mm，國(guó)藥集團(tuán)試劑有限公司，AR），實(shí)驗(yàn)用水為去離子水．

鉻天青S（Chrome Azurol S，CAS）溶液（2g·L－1）：準(zhǔn)確稱取0．2g CAS，溶于體積分?jǐn)?shù)為50%的乙醇溶液，定容至100mL．

吐溫20溶液（體積分?jǐn)?shù)為1%，下同）：移取1．00 mL 吐溫20溶液，加水定容至100 mL．吐溫60、吐溫80溶液配制方法與吐溫20相同．優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中鋁離子的質(zhì)量濃度均為0．1mg·L－1．

1．2 實(shí)驗(yàn)步驟

1．2．1 實(shí)驗(yàn)方法

在10mL容量瓶中，依次加入適量標(biāo)準(zhǔn)鋁溶液、0．80 mL CAS溶液、5．00 mL pH＝5．0 HAc－NaAc緩沖溶液、0．60mL吐溫60溶液，加水定容；在25 ℃下放置40min，測(cè)定溶液的吸光度．

取油田采出水樣品，靜置，上層液經(jīng)0．45μm 濾膜過(guò)濾，收集濾液為待測(cè)液，稀釋50倍備用．待測(cè)液按照吐溫60膠束增敏分光光度法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)線性工作曲線得到油田采出水中鋁離子的含量．

1．2．2 分配系數(shù)測(cè)定［10］

在10mL 容量瓶中依次加入5．00mL pH＝5．0 HAc－NaAc緩沖溶液，0．80mL 2g·L－1的CAS 溶液，配制一系列濃度梯度的吐溫溶液，定容．測(cè)定每個(gè)試樣在最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度值，再計(jì)算分配系數(shù)KD：

其中Aψ為一定波長(zhǎng)和一定表面活性劑濃度下顯色劑鉻天青S溶液的吸光度值，Am，Aw分別為吐溫膠束相和水相中鉻天青S溶液的吸光度值，ρD為吐溫溶液的質(zhì)量濃度．作1／（Aψ－Aw）－1／ρD 關(guān)系曲線，即可求得某一吐溫溶液濃度下鉻天青S在膠束相和水相中的分配系數(shù)．

2 結(jié)果與討論

2．1 表面活性劑介質(zhì)的選擇

選取常用的陽(yáng)離子表面活性劑（十六烷基三甲基溴化銨）、陰離子表面活性劑（十二烷基硫酸鈉）、非離子表面活性劑（Triton X－100，Triton X－114，吐溫類）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．結(jié)果表明僅Triton X－100、吐溫對(duì)本測(cè)定有增敏效果，但Triton X－100增敏測(cè)定鋁已有報(bào)道，因此本實(shí)驗(yàn)分別研究吐溫20、吐溫60、吐溫80對(duì)測(cè)定鋁的增敏效果，結(jié)果如圖1所示．由圖1可見(jiàn)，吐溫60的增敏效果最為明顯，故選用吐溫60作增敏劑．

2．2 吐溫增敏機(jī)制

鉻天青S在吐溫20、吐溫60和吐溫80中的分配系數(shù)值依次為790，1 460，1 185，吐溫60的分配系數(shù)最大．由此推測(cè)吐溫60的增敏機(jī)制：在吐溫60溶液中，鉻天青S的容量最大，在反應(yīng)過(guò)程中獲得最多的體系，增溶效果最好．

圖1 不同介質(zhì)中溶液的吸收光譜Fig．1 Absorption spectrum of solution in different media

2．3 顯色反應(yīng)的影響因素

1）酸度．圖2給出了體系pH 在3．0～9．0之間溶液吸光度的變化情況．由圖2可見(jiàn)，當(dāng)pH＜5．0時(shí)，隨著體系pH 值的增大，溶液的吸光度值增大；當(dāng)pH＝5．0時(shí)，吸光度達(dá)到最大且穩(wěn)定；當(dāng)5．0＜pH＜9．0時(shí)，吸光度值隨pH 升高而降低．故本實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)溶液的pH 至5．0．

2）吐溫60用量．吐溫60用量對(duì)顯色反應(yīng)的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示．圖3表明：隨著吐溫60溶液用量的增加，吸光度逐漸上升，當(dāng)溶液用量為0．6mL時(shí)吸光度最大，繼續(xù)增加吐溫60用量，吸光度呈下降趨勢(shì)；因此，本實(shí)驗(yàn)選取0．6mL吐溫60溶液作為最佳實(shí)驗(yàn)用量．

3）鉻天青S質(zhì)量濃度．為了使反應(yīng)完全，顯色劑應(yīng)過(guò)量以保證溶液中的鋁離子能夠全部參與反應(yīng)，圖4給出了鉻天青S質(zhì)量濃度對(duì)顯色反應(yīng)的影響曲線．圖4顯示，隨著溶液中鉻天青S質(zhì)量濃度的增大，吸光度值逐漸變大；當(dāng)顯色劑質(zhì)量濃度達(dá)到0．12g·L－1時(shí)，吸光度逐漸趨于穩(wěn)定，故選擇顯色劑的質(zhì)量濃度為0．16g·L－1作為最佳實(shí)驗(yàn)條件．

圖2 酸度對(duì)顯色反應(yīng)的影響Fig．2 Effect of pH on chromogenic reaction

圖3 吐溫60用量對(duì)顯色反應(yīng)的影響Fig．3 Effect of volume of Tween 60 on chromogenic reaction

圖4 鉻天青S的質(zhì)量濃度對(duì)顯色反應(yīng)的影響Fig．4 Effect of volume of CAS on chromogenic reaction

4）溫度．圖5顯示了20 ～50 ℃之間溶液吸光度值的變化情況．圖5表明，在25 ℃下吸光度最大；隨著溫度的升高，吸光度逐漸減小，因此選擇25 ℃作為實(shí)驗(yàn)的最佳溫度．

5）平衡時(shí)間．圖6反映了平衡時(shí)間在5 ～60min之間吐溫60的增敏效果．由圖6可見(jiàn)：隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，溶液的吸光度逐漸增大；反應(yīng)時(shí)間超過(guò)35 min，吸光度趨于穩(wěn)定且達(dá)到最大值；在35 ～60min之間，吸光值基本保持不變；因此，本實(shí)驗(yàn)選取的最佳顯色平衡時(shí)間為40min．

圖5 溫度對(duì)顯色反應(yīng)的影響Fig．5 Effect of temperature on chromogenic reaction

圖6 時(shí)間對(duì)顯色反應(yīng)的影響Fig．6 Effect of time on chromogenic reaction

2．4 干擾物質(zhì)對(duì)鋁離子測(cè)定的影響

對(duì)于0．1 mg·L－1的鋁離子，下列離子不產(chǎn)生干擾（影響的吸光度相對(duì)誤差為±5%）：I－，Co2＋，Ba2＋，Mn2＋，Ni2＋，Pb2＋，Na＋，Mg2＋，K＋，Zn2＋，Ca2＋，Cd2＋．

2．5 實(shí)際樣品測(cè)定

將不同質(zhì)量濃度的鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液根據(jù)最佳優(yōu)化條件繪制工作曲線，依次獲得油田采出水中的鋁離子含量．鋁的加入量為0．020 0mg·L－1，測(cè)定結(jié)果如表1所示．由表1可知，實(shí)驗(yàn)的平均回收率均高于90%，說(shuō)明該方法可用于測(cè)定本體系油田采出水中鋁離子的含量．

表1 油田采出水中鋁離子的回收率＊Tab．1 Recovery results of aluminum in oilfield produced water

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