專利名稱：一種含碘氫碘酸濃度的分析方法
技術領域：
尤其涉及一種含碘氫碘酸(即碘化氫-碘-水三元溶液，H1-12-H2O)的濃度分析方法，屬于電化學和化學分析技術領域。
背景技術：
含碘氫碘酸料液(即碘化氫-碘-水三元溶液，H1-12-H2O)的成分分析操作，在日常實驗室分析、熱化學碘硫循環(huán)分解水制氫工藝，以及氫碘酸生產(chǎn)工藝中都會用到。以熱化學碘硫循環(huán)分解水制氫工藝為例，碘硫循環(huán)制氫過程中，依靠Bunsen反應生成的氫碘酸，由于加入了過量的碘，形成了 H1-12-H2O物相，準確地測定出H1-12-H2O中各組分的濃度，對相關工藝的研究，乃至對現(xiàn)場工藝流程的控制都非常重要。常規(guī)的H1-12-H2O濃度分析方法是滴定法，具體來說是以酸堿滴定法來確定HI的濃度，而以硫代硫酸鈉溶液滴定法，即碘量法來確定I2的濃度，這樣即可獲得H1-12-H2O中具體組分及含量。滴定法雖然具有樣品用量少等優(yōu)點，但由于物料中I2的存在，滴定法的準確度較難保證，這是因為電對Ι2/Γ的標準電位既不高也不低，I2可做為氧化劑而被中強的還原劑所還原，碘離子也可做為還原劑而被中強的或強的氧化劑所氧化，因此待測物料的酸堿度、空氣中的氧等因 素對滴定過程有較大的干擾，重復性較差，且滴定法需要對所用的滴定液進行預先配制、精確標定和合理保存，方能得到令人滿意的結果，因此存在操作繁瑣、過程耗時的缺陷。由于以上原因，需要針對H1-12-H2O尋找更為合適的濃度分析方法。由Gibbs相律可知，熱力學平衡條件下，系統(tǒng)的組分數(shù)、相數(shù)和自由度數(shù)之間的關系為F=C-P+2式中F_自由度；C_系統(tǒng)的組分數(shù)；P-在所選系統(tǒng)中相的數(shù)目；其中自由度F是當系統(tǒng)為平衡狀態(tài)時，在不改變相的數(shù)目情況下，可獨立改變的因素(獨立變量，如溫度、壓力、密度等)的個數(shù)，而對于H1-12-H2O這一三組分體系，在常壓和給定溫度下，F(xiàn)=C (3種組分)-P (I相)+0 (定溫常壓，此項值為O) =2自由度F為2表明只要確定H1-12-H2O體系的2個可獨立改變的因素(即獨立變量)，該體系的所有物化性質(zhì)(理所當然包括其組成與濃度)即為確定值。因此，我們可選擇較為容易采集的2個獨立變量，通過它們來確定H1-12-H2O樣品的濃度數(shù)據(jù)。H1-12-H2O物料的密度值是較易測定的參數(shù)，有多種成熟的方法和儀器可對其進行測定。而H1-12-H2O物料流經(jīng)電解-電滲析(簡稱EED，下同)池，以直流電源施加恒定的電流強度時測得的槽電壓值同樣是一個易測量的，并反映H1-12-H2O物料物化性質(zhì)的獨立變量。H1-12-H2O的EED原理是以選擇性質(zhì)子交換膜隔開電解池的陰極區(qū)和陽極區(qū)，構成電解-電滲析池，當陰、陽兩極區(qū)都有H1-12-H2O物料流過時，H+在電場作用下，穿過質(zhì)子交換膜，由陽極區(qū)遷移進入陰極區(qū)，同時在兩極板上發(fā)生如下電極反應陽極2r-2e—I2陰極I2+2e—2Γ
當施加的電流較小時，上述H+遷移和電極反應對陰、陽極區(qū)物料的濃度影響很小，此時如維持電流強度為定值，即采用恒電流電解-電滲析模式，測得的EED池槽電壓也近似為定值。上述EED槽電壓由以下幾個部分組成①陰陽兩極上電極反應的理論電勢； ②H1-12-H2O物料的歐姆電壓降；③陰陽兩極的過電勢；④質(zhì)子交換膜上的電壓降(即H+ 穿越所要克服的電勢)。由于在進行H1-12-H2O的EED時，陰、陽兩極區(qū)的物料濃度、流速均相同，且發(fā)生相反的電極反應，因此構成槽電壓的第①部分，即理論電勢為O ;而②-④均由 H1-12-H2O物料的物化性質(zhì)，特別是物料濃度所決定。因此EED槽電壓看做反映H1-12-H2O物料特性的獨立變量，同時該變量值可以通過電壓測量儀表進行精密準確而又快速的測定。
由以上可知，選取H1-12-H2O物料的密度，以及流經(jīng)恒電流電解-電滲析池時的槽電壓值這兩個參數(shù)，如能確定兩者與H1-12-H2O物料濃度的關系，則有望代替常規(guī)的化學滴定法，獲得H1-12-H2O物料的濃度數(shù)據(jù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含碘氫碘酸濃度的分析方法，以克服采用傳統(tǒng)化學滴定法對含碘氫碘酸進行濃度分析時操作繁瑣、過程耗時、重復性差等缺點。
本發(fā)明的技術方案如下
一種含碘氫碘酸濃度的分析方法，其特征在于該方法包括如下步驟
I)配制一系列具有梯度濃度分布的含碘氫碘酸標準樣品，在常壓下，采用密度測定裝置測定各標準樣品在同一溫度下的密度值；
2)在常壓下，使所配制的標準樣品逐個流經(jīng)恒電流電解-電滲析池，記錄各標準樣品流經(jīng)恒電流電解-電滲析池時的槽電壓值；在測定各個含碘氫碘酸標準樣品時，物料流速、電解-電滲析池溫度、恒電流直流電源的電流強度值均保持相同，其中電解-電滲析池溫度與測定標準樣品密度值時的溫度相同；
3)通過數(shù)學擬合，建立含碘氫碘酸物料濃度、密度以及物料流經(jīng)恒電流電解-電滲析池時的槽電壓值三者之間的數(shù)學關系式

權利要求
1.一種含碘氫碘酸濃度的分析方法，其特征在于該方法包括如下步驟 1)配制一系列具有梯度濃度分布的含碘氫碘酸標準樣品，在常壓下，采用密度測定裝置測定各標準樣品在同一溫度下的密度值； 2)在常壓下，使所配制的標準樣品逐個流經(jīng)恒電流電解-電滲析池，記錄各標準樣品流經(jīng)恒電流電解-電滲析池時的槽電壓值；在測定各個含碘氫碘酸標準樣品時，物料流速、電解-電滲析池溫度、恒電流直流電源的電流強度值均保持相同，其中電解-電滲析池溫度與測定標準樣品密度值時的溫度相同； 3)通過數(shù)學擬合，建立含碘氫碘酸物料濃度、密度以及物料流經(jīng)恒電流電解-電滲析池時的槽電壓值三者之間的數(shù)學關系式 P =B^b1 x+c: y+di x2+e: y2(I)u=a2+b2 x+c2 y+d2 x2+e2 y2+f x y(2) 式中P為含碘氫碘酸的密度值，單位為g/mL ； u為含碘氫碘酸物料流經(jīng)恒電流電解-電滲析池時的槽電壓值，單位為V ； X代表物料中I2對HI的摩爾比值；y代表H2O對HI的摩爾比值，B1^b1, C1, Cl1, ei,a2,b2、c2, d2、e2和f為數(shù)學擬合過程中得到的參數(shù)值； 4)在常壓下，采用密度測定裝置測定出待測含碘氫碘酸樣品的密度值，測定時物料的溫度與測定標準樣品密度時物料的溫度一致；在常壓下，使待測樣品流經(jīng)恒電流電解-電滲析池，并記錄槽電壓值，在測定待測樣品時，物料流速、電解-電滲析池溫度、恒電流直流電源的電流強度值均與測定標準樣品時保持一致； 5)利用步驟3)中的公式(I)和(2)聯(lián)立計算出待測含碘氫碘酸樣品的濃度。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種含碘氫碘酸濃度的分析方法，其特征在于所述的恒電流電解-電滲析池采用具有選擇性質(zhì)子交換膜隔開的陰極區(qū)和陽極區(qū)；含碘氫碘酸物料分成兩股物流以相同的流速分別流經(jīng)電解-電滲析池的陰極區(qū)和陽極區(qū)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種含碘氫碘酸濃度的分析方法，其特征在于所述的密度測定裝置采用天平和量筒、浮子式密度計、比重瓶或U型管振蕩式密度計。
全文摘要
一種含碘氫碘酸濃度的分析方法，本發(fā)明屬于電化學和分析化學領域。本發(fā)明采用密度測定裝置和恒電流電解-電滲析池進行分析，首先建立含碘氫碘酸標準樣品的物料濃度與物料密度，以及物料流經(jīng)恒電流電解-電滲析池時的槽電壓值三者之間的數(shù)學關系式；對于待測定的含碘氫碘酸樣品，測定出其密度，以及流經(jīng)恒電流電解-電滲析池時的槽電壓值，由上述的數(shù)學關系式即可確定待測樣品的具體濃度。采用本發(fā)明所述方法，具有較高的準確度，并可克服常規(guī)滴定分析方法操作繁瑣、過程耗時、重復性差等缺點。
文檔編號G01N9/36GK103048219SQ20121051784
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權日2012年12月5日
發(fā)明者陳崧哲, 張平, 王來軍, 徐景明 申請人:清華大學