独家分享 | 硝化纤维素含氮量测定方法开发

硝化纤维素(NC)是一种高聚物，NC通常分为民用NC和军用NC，在民用方面，NC主要作为油漆、乒乓球、分子印迹膜、液体绷带等中的成膜剂或黏结剂;军用NC是指含氮量大于12%的NC，用作火炸药、爆破胶、发射药以及火箭推进剂等的含能材料，对于武器系统的应用与发展具有重要意义。

含氮量是NC的一项重要指标，会影响NC的黏度、溶解度及能量性能等，而目前NC含氮量测量的方法主要包括狄瓦尔德合金还原法、元素分析法、偏光显微镜法、毛细管电泳法等。但狄瓦尔德合金还原法具有测量准确度高，但测量时间长，操作过程复杂，对实验人员的要求高;元素分析法所需样品量少，操作相对简单，但测量误差较大;偏光显微镜法仅能测量纤维状NC的含氮量，无法测量已加工成型的NC样品，测量时间长，人为误差影响大。这些方法都存在一定的缺点，因此需要发展新的绿色无毒、操作简单且结果准确的NC含氮量测量方法。

为此，利用紫外分光光度计测定NC碱解液中的NO₂^-和NO₃^-含量，通过NO₂^-与NO₃^-的摩尔比和NC含氮量之间的线性关系进而得到NC的含氮量。

通过对比水解液与NO₃^-标准溶液的紫外吸收分布曲线，确定水解液的“受污染”程度，以验证紫外分光光度计法的可行性。

图 1 不同稀释倍数下的水解液及不同浓度的KNO₃溶液的紫外吸收光谱分布曲线

从图1中可以看出稀释400倍和800倍的水解液，其紫外吸收光谱分布曲线形状类似，仅吸光度大小不同;不同浓度的KNO₃溶液也是如此，说明溶液浓度的变化对紫外吸收光谱分布曲线形状的影响不大。说明稀释后的水解液受污染程度不高，可以不经过复杂的预处理，使用紫外分光光度计法测试NO₂^-和NO₃^-的吸光度。

NO₃^-标准曲线建立：配置4、6、8、10、12、14 mg/L KNO₃标准溶液，测定吸光度(A219、A275)。以标准系列浓度为横坐标、吸光度A219-2A275为纵坐标绘制标准曲线如图2所示，通过最小二乘法拟合得到NO₃^-浓度与吸光度的函数关系为y=49.257x+0.0484，R²=0.9991。

NO₂^-的标准曲线建立：配置NaNO₂标准溶液用石英比色皿在219 nm波长处，以纯水为参比，测定吸光度(A219)，以标准系列浓度为横坐标、吸光度A219为纵坐标绘制标准曲线如图3所示，通过最小二乘法拟合得到NO₂^-浓度与吸光度的函数关系为y=75.286x+0.0397，R²=0.9998。

①测定5种NC标品的NO₂^-与NO₃^-浓度，结果见表1所示。

表 1 5种NC标品的NO₂^-与NO₃^-浓度

②绘制NO₂^-与NO₃^-的摩尔比与NC标品含氮量的散点图。

图 4 NC标品水解液中NO₂^-与NO₃^-的摩尔比与NC标品含氮量的关系图

从图4中可以看出，随着NC标品含氮量的增加，其摩尔比整体呈现出上升的趋势，将其进行线性拟合后得到曲线：y=1.242x-13.15，相关系数为0.9893。虽然该曲线的相关系数未达到确证方法的0.99，但相较于Elodie Alinat等得到的0.94~0.95拟合结果的线性关系更好。

由表2可知，3种普通NC测得的含氮量与实际含氮量之间的相对误差绝对值最大为0.761%，且RSD均小于0.150%，说明结果准确度高且重复性好。

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