酸性水溶液的酸度测量方法技术

本发明专利技术涉及酸性水溶液酸度的测量方法。这些方法能够测量包含强酸或强酸混合物的水溶液的总酸度，以及如果该溶液包含一种或多种可水解阳离子，则也可以测量游离酸度。应用：任何可能需要测量强酸的水溶液的总酸度或游离酸度的工业和科学研究领域。度的工业和科学研究领域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】酸性水溶液的酸度测量方法


[0001]本专利技术涉及分析化学领域。
[0002]更具体地，本专利技术涉及测量酸性水溶液的酸度的方法。
[0003]这些方法可以测量包含强酸或强酸混合物，以及如果该溶液包含一种或多种可水解阳离子，即能够通过解离成OH
‑
氢氧根离子和H
+
质子来与水反应的一种或多种阳离子的水溶液的总酸度，也可以测量游离酸度。
[0004]本专利技术可用于所有可能需要测量强酸的水溶液的总酸度或游离酸度的工业和科学研究领域。
[0005]然而，特别的益处在于：
[0006]一方面，用于测量含有高浓度的强酸或强酸混合物的水溶液的总酸度，在如此高浓度下，使用常规的用于测量总酸度的方法，例如pH计，是不合适的，以及
[0007]另一方面，用于在实验室或工业生产线上监测含有一种或多种可水解阳离子强酸水溶液的游离酸度，其中该水溶液在该游离酸度代表一种关键参数的工业过程中使用。
[0008]这些方法的实施例包括用于尤其是从矿石中处理或提取感兴趣的金属元素的湿法冶金方法，以及通过酸性化学酸洗处理金属表面的方法。

技术介绍

[0009]根据酸碱质子理论(
‑
Lowry理论)，酸是一种能够根据以下方程释放一个或多个H
+
质子的化学物质(离子或分子)：
[0010][0011]因此，水溶液的酸度由存在于这种溶液中的H
+
质子的量来表征。
[0012]当水溶液除酸外还含有通过与水反应也会释放H
+
质子的可水解阳离子时，则可以区分该溶液的总酸度和游离酸度。
[0013]因此，总酸度由存在于水溶液中的H
+
质子的总量给出，而游离酸度仅由存在于这种溶液中的酸提供的H
+
质子的量给出。换言之，游离酸度不考虑由可水解阳离子提供的H
+
质子。
[0014]游离酸度是许多涉及带有或可能会带有可水解阳离子的酸性水溶液的工业方法的关键参数。
[0015]文献中描述了许多可以测量含有可水解阳离子的酸性水溶液的游离酸度的方法。这些方法的共同点是首先通过例如沉淀、络合或固定在固体树脂载体上等方法消除可水解阳离子的水解反应，然后测量游离酸度。涉及这些方法的现有技术文件最近由T.G.Srinivasan和P.R.Rao发表在Talanta 2014，118，162
‑
171中，下文引用为[1]。
[0016]最近，J.N
é
ri
‑
Quiroz等人提出了一种通过顺序注射分析法(SIA)测定硝酸水溶液的游离酸度的方法。(Talanta 2016，159，330
‑
335，下文引用为[2])。
[0017]这种方法，可以在线对10μL样品进行游离酸度测量，并且每个分析的样品仅产生
1.5mL的废水，该方法用草酸钾对可水解阳离子进行络合，然后用NaOH滴定，滴定后用比色法(在这种情况下使用刚果红)进行测定。
[0018]作为他们工作的一部分，专利技术人成功地开发了可以根据待测量的酸度类型高精度地测量酸性水溶液的总酸度和游离酸度的方法。
[0019]对于游离酸度的测量，本专利技术不仅具有与引用文献[2]的方法相同的优点(分析的样品体积的减少，产生的废水的体积的减少，自动化的可能性)，而且由于不需要酸碱滴定反应，并因此不使用诸如NaOH等碱滴定剂，因此它甚至更容易实施，且在试剂方面更经济。

技术实现思路

[0020]因此，本专利技术的主题是第一方法，其目的是测量含有强酸或强酸的混合物(带有或不带有可水解阳离子)的水溶液A1的总酸度，该方法至少包括以下步骤：
[0021]a)通过混合以下各项提供水溶液A5：
[0022]V1体积的溶液A1，
[0023]V2体积的pH值为pHA2的水溶液A2，所述水溶液A2包括选自弱酸、弱碱、弱酸盐或弱碱盐的化合物，和
[0024]V4体积的溶液A4，所述溶液A4包括pH敏感染料，所述pH敏感染料具有酸型和碱型，且转变范围在第一pH和第二pH之间，所述第二pH高于所述第一pH但低于pHA2；
[0025]b)采用溶液A2作为测量空白，测量溶液A5中存在的染料的紫外
‑
可见吸收光谱；
[0026]c)根据在步骤b)中获得的吸收光谱确定溶液A5中所述染料的酸型和碱型中的至少一种的浓度；
[0027]d)根据步骤c)中测得的浓度确定溶液A5的pH值，记为pHA5；然后
[0028]e)根据步骤d)中测得的pHA5确定溶液A1的总酸度；
[0029]并且其中pHA2使得V1和V2体积的混合物具有在染料的转变范围内的pH值。
[0030]因此，该第一方法基于使用pH敏感染料的转变范围，也称为pH颜色指示剂或酸碱指示剂。
[0031]然而，这种使用不同于现有技术中的使用，因为根据本专利技术，pH敏感染料的转变范围既不用于测量酸性水溶液所处的pH值范围，也不用于确定酸碱滴定的化学当量，而是用于通过pH敏感染料的吸光度测量酸性水溶液中的H
+
质子的浓度。
[0032]在上下文中，用于酸或碱的术语“强”和“弱”具有酸碱质子理论赋予它们的含义，即在水中完全解离的酸或碱被认为是强的，而在水中不完全解离的酸或碱被认为是弱的。
[0033]根据本专利技术，存在于溶液A2中的化合物(弱酸、弱碱、弱酸盐或弱碱盐)的选择以及染料的选择不受特别限制。
[0034]因此，存在于溶液A2中的化合物可以选自许多已知为弱酸(尤其是羧酸和多羧酸)或弱碱(尤其是氨、胺和多胺)的化合物以及它们的盐。
[0035]以类似的方式，染料可以选自许多常规用作pH颜色指示剂的化合物，例如溴甲酚绿、刚果红、溴酚蓝、甲基黄、甲基红等。
[0036]然而，如上所述，与溶液A2的pH相对应的pHA2必须是这样的，它使得V1和V2体积的混合物的pH处于所述染料的转变范围内，这可以通过制备该混合物并通过使用pH试纸、pH试条、pH探针，或者甚至如果已知溶液A1的总酸度的数量级则通过计算确定其pH来事先容
易地验证。
[0037]因此，相应地选择存在于溶液A2中的所述化合物、其在该溶液中的浓度和所述染料。可以理解的是，如果需要，可以通过向溶液A2中添加强酸或强碱来调节pHA2，或者V1和V2体积中的一个和/或另一个可以被改变以使得它们的混合物的pH落在所述染料的转变范围内。
[0038]根据本专利技术，在溶液A5中存在的染料的紫外
‑
可见吸收光谱的测量(或步骤b))优选地包括：
[0039]获得溶液A2在紫外
‑
可见范围内的光强度光谱；
[0040]获得溶液A5在紫外
‑
可见范围内的光强度光谱；和
[0041]计算溶液A5的所获得的光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.测量水溶液A1的总酸度的方法，所述水溶液A1包括强酸或强酸混合物，所述方法至少包括以下步骤：a)通过混合以下各项提供水溶液A5：V1体积的溶液A1，V2体积的pH为pHA2的水溶液A2，所述水溶液A2包括选自弱酸、弱碱、弱酸盐或弱碱盐的化合物，和V4体积的溶液A4，所述溶液A4包括pH敏感染料，所述pH敏感染料具有酸型和碱型，且转变范围在第一pH和第二pH之间，所述第二pH高于所述第一pH但低于pHA2；b)采用所述溶液A2作为测量空白，测量溶液A5中存在的所述染料的紫外
‑
可见吸收光谱；c)根据在步骤b)中获得的吸收光谱确定所述溶液A5中所述染料的酸型和碱型中的至少一种的浓度；d)根据步骤c)中测得的所述浓度确定所述溶液A5的pH，记为pHA5；和e)根据步骤d)中测得的所述pHA5确定所述溶液A1的总酸度；并且其中，pHA2使得V1和V2体积的混合物具有在染料的转变范围内的pH值。2.根据权利要求1的所述方法，其中步骤b)包括：获得所述溶液A2在紫外
‑
可见范围内的光强度光谱；获得所述溶液A5在紫外
‑
可见范围内的光强度光谱；和计算所述溶液A5的所获得的光谱的光强度值与所述溶液A2的所获得的光谱的光强度值之比的以10为底的对数。3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过应用比尔
‑
朗伯定律确定所述溶液A5中所述染料的酸型和碱型中的至少一种的浓度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，pHA5通过等式(1)确定：其中：K
HC
是所述溶液A5中酸型的所述染料的解离常数；[HC]是所述溶液A5中酸型的所述染料的浓度，单位为mol/L；和[C
‑
]是所述溶液A5中碱型的所述染料的浓度，单位为mol/L。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，pHA5通过等式(2)确定：其中：K
HC
是所述溶液A5中酸型的所述染料的解离常数；和R为所述溶液A5中碱型的所述染料的浓度与该溶液中所述染料的浓度的比值。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述溶液A1的总酸度，以H
+
质子的摩尔浓度表示，记为[H
+
]，由等式(3)确定：
其中：V1和V2以单位L表示；和Y由等式(4)确定：其中：K
HA
为所述溶液A5中弱酸的酸解离常数或所述溶液A5中弱碱的共轭酸的酸解离常数；[A
‑
]是所述溶液A2中弱酸的共轭碱的浓度或所述溶液A5中弱碱的浓度，单位为mol/L；[HA]为溶液A2中弱酸的浓度或溶液A5中弱碱的共轭酸的浓度，单位为mol/L；和V2以单位L表示。7.一种测量水溶液A1的游离酸度的方法，所述水溶液A1包括强酸或强酸混合物以及一种或多种可水解阳离子，所述方法至少包括以下步骤：a)通过混合V1体积的所述溶液A1和V2体积的pH值为pHA2的水溶液A2提供水溶液A3，所述水溶液A2包括选自弱酸、弱碱、弱酸盐或弱碱盐的化合物，和C2浓度的络合所述可水解阳离子的试剂；b)采用所述溶液A2作为测量空白，测量所述溶液A3中存在的所述可水解阳离子的紫外
‑
可见吸收光谱；c)根据在步骤b)中获得的吸收光谱确定所述溶液A3中所述可水解阳离子的浓度C3；d)通过混合所述溶液A3和V4体积的溶液A4提供水溶液A5，所述溶液A4包括pH敏感染料，所述pH敏感染料具有酸型和碱型，且转变范围在第一pH和第二pH之间，所述第二pH高于所述第一pH但低于pHA2；e)采用所述溶液A2或所述溶液A3作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：西尔万，
申请(专利权)人：欧安诺再循环，
类型：发明
国别省市：