SY/T 5395-2024 黏土阳离子交换容量及盐基分量测定方法

　　ICS75-010CCSE11

　　中华人民共和国石油天然气行业标准

　　SY/T5395—2024

　　代替SY/T5395—2016

　　黏土阳离子交换容量及盐基分量测定方法

　　Determination method for clay cation exchange capacityandbasecomponent

　　2024-09-24发布2025-03-24实施

　　国家能源局发布

　　SY/ T5395—2024

　　目次

　　前言 Ⅱ

　　1范围 1

　　2规范性引用文件 1

　　3术语和定义 1

　　4试剂和材料 1

　　5仪器和设备 2

　　6 样品采集与制备 2

　　7 溶液配制 2

　　8阳离子交换容量测定 4

　　9 盐基分量测定 7

　　10 平行试验 9

　　SY/T5395—2024

　　前言

　　本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　本文件代替SY/T5395—2016《黏土阳离子交换容量及盐基分量测定方法》,与SY/T 5395—2016相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：

　　a) 更改了范围(见第1章，2016年版的第1章);

　　b) 更改了术语和定义(见第3章，2016年版的第3章);

　　c) 删除了原理(见2016年版的第4章);

　　d) 更改了试剂及材料(见第4章，2016年版的第6章);

　　e) 更改了对仪器的关键性能要求(见第5章，2016年版的第5章);

　　f)增加了“样品采集与制备”,并将2016年版的有关内容更改后纳入(见第6章，2016年版的7.1);

　　g) 增加了“溶液配制”,并将2016年版的有关内容更改后纳入(见第7章，2016年版的7.2);

　　h) 增加了“三氯化六氨合钴浸提分光光度法”(见8.2);

　　i)删除了“氢铝合量的测定”“铝分量的测定”(见2016年版的9.2、9.3);

　　j)更改了阳离子交换容量、盐基分量和盐基总量计算公式(见8.1.8、9.1.3,2016年版的第10章);

　　k)更改了样品平行测定次数要求(见10.2,2016年版的8.2),增加了对计算结果小数位数要求(见8.1.8、8.2.5、9.1.3);

　　1)删除了“试验报告”(见2016年版的第12章)。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由石油工业标准化技术委员会石油地质勘探专业标准化委员会提出并归口。

　　本文件起草单位：中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司中海油实验中心、中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院、中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院、中国石油大学(华东)、中联煤层气有限责任公司、中国石油华北油田分公司勘探开发研究院、西安石油大学、中国石油集团测井有限公司地质研究院。

　　本文件主要起草人：李洋冰、黄英、张宏、丁玉娟、马立涛、韩学辉、吴鹏、苏雪峰、任大忠、鲁印龙、张书栋、张铜耀、胡维强、何伟、贺国芬、方朝强、周敏。

　　本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：

　　——1991年首次发布为SY/T 5395—1991,2016年第一次修订;

　　——本次为第二次修订。

　　黏土阳离子交换容量及盐基分量测定方法

　　1范围

　　本文件描述了黏土阳离子交换容量氯化铵-乙醇浸提分光光度法、三氯化六氨合钴浸提分光光度法测定方法和盐基分量原子吸收光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法测定方法。

　　本文件适用于地层岩石中黏土矿物的阳离子交换容量及盐基分量测定。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定

　　GB/T29172 岩心分析方法

　　SY/T 6404 岩石中金属元素的电感耦合等离子体原子发射光谱及质谱分析方法

　　3术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　阳离子交换容量cationexchangecapacity(CEC)

　　黏土矿物中被吸附的可与外来流体中的阳离子进行交换的各种阳离子总量。

　　3.2

　　盐基分量basecomponent

　　黏土矿物吸附的每一种阳离子的含量。

　　3.3

　　盐基总量basetotal

　　黏土矿物中被交换出来的盐基分量之和。

　　4 试剂和材料

　　4.1 试验用水：去离子水或超纯水。

　　4.2乙醇：95%,析纯。

　　4.3浓氨水：25.0%～28.0%,分析纯。

　　4.4浓盐酸：36.0%～38.0%,分析纯。

　　4.5浓硝酸：65.0%～68.0%,分析纯。

　　4.6碘化汞：分析纯。

　　4.7碘化钾：分析纯。

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　　4.8氢氧化钠：分析纯。

　　4.9氯化铵：分析纯。

　　4.10三氯化六氨合钴：优级纯。

　　4.11氯化锶：分析纯。

　　4.12钾、钙：钠、镁、氨离子标准溶液，1000mg/L。

　　4.13 氩气：纯度≥99.99%。

　　4.14 离心管：100mL。

　　4.15 塑料瓶：500mL。

　　4.16 一次性针式过滤器：0.22μm。

　　4.17慢速定性滤纸：直径12.5cm。

　　4.18 移液管：1mL、2mL、5mL、10mL、15mL、25mL。

　　4.19 容量瓶：50mL、100mL、1000mL。

　　5仪器和设备

　　5.1原子吸收分光光度计：波长范围190nm～900nm,精度不低于1nm。

　　5.2紫外可见分光光度计：波长范围190nm~1100nm,精度不低于1nm。

　　5.3电感耦合等离子体原子发射光谱仪：波长范围175nm~ 785nm,200nm波长处分辨率不低于0.009nm。

　　5.4离心机：最高转速不低于4000r/min。

　　5.5研磨机：研磨头和研磨钵为玛瑙材质。

　　5.6酸度计：精度为0.01级。

　　5.7电子天平：精度为0.001g。

　　5.8恒温干燥箱：最高控温不低于120℃,精度为1℃。

　　5.9振荡器：振荡频率可控制在每分钟150～200次。

　　6样品采集与制备

　　6.1样品采集

　　泥页岩样品不少于20g,其他性样品不少于50g, 样品应标明井号、井深、层位、岩性和采样时间等信息。

　　6.2样品制备

　　6.2.1对样品洗油。洗油按GB/T 29172的规定执行。

　　6.2.2洗油后样品烘干。

　　6.2.3烘干后用研磨机粉碎，粉碎后样品用0.250mm标准筛过筛。

　　6.2.4过筛后样品按GB/T29172的规定烘干。样品置于干燥器内待测。

　　7溶液配制

　　7.110%氯化锶溶液

　　称取10g氯化锶于烧杯中，加水溶解移至100mL 容量瓶中用水定容、摇匀。

　　7.20.5mol/L氯化钾溶液

　　称取37.25g氯化钾于烧杯中，加水溶解移至1000mL容量瓶中用水定容、摇匀。

　　7.330%氢氧化钠溶液

　　称取30g氢氧化钠于塑料烧杯中，加水溶解移至100mL容量瓶中用水定容、摇匀。存放于塑料瓶中。

　　7.4盐酸溶液

　　浓盐酸和水按照体积比1:1配制。

　　7.5氨水溶液

　　浓氨水和水按照体积比1:1配制。

　　7.6硝酸溶液

　　浓硝酸和水按照体积比1:1配制。

　　7.750%乙醇溶液

　　量取95%乙醇526mL,用水稀释至1000mL。

　　7.8碱性交换液

　　7.8.1 称取26.8g 氯化铵置于1000mL烧杯中，加入150mL水，溶解后加入95%乙醇790mL, 搅拌、摇匀。

　　7.8.2 摇匀后样品用体积比为1:1的氨水或盐酸调pH值为8.3,移至1000mL容量瓶中，用水定容、摇匀。

　　7.9中性交换液

　　称取26.8g氯化铵置于1000mL烧杯中，加入150mL水，溶解后加入95%乙醇790mL,搅拌、摇匀，移至1000mL容量瓶中，用水定容、摇匀。

　　7.10奈斯特试剂

　　7.10.1称取10g碘化汞和7g碘化钾置于玛瑙研钵中，加入少量水研磨成糊状，再加水直至全部溶解后，用水冲洗入小烧杯中。

　　7.10.2在小烧杯中不断搅拌下加入30%氢氧化钠溶液50mL,最后全部移至100mL容量瓶中，用水定容、摇匀，置于暗处72h。

　　7.10.3待溶液澄清，将上部清液移至棕色瓶中，置于暗处。

　　7.111.660cmol/L三氯化六氨合钴溶液

　　称取4.458g三氯化六氨合钴溶于水，移至1000mL容量瓶中，用水定容、摇匀，冷藏保存。

　　7.12钠、钾、镁、钙混合标准贮备液

　　将1.0mL钠标准溶液、2.5mL钾标准溶液、0.5mL镁标准溶液、1.0mL钙标准溶液加入100mL 容量瓶中，用水稀释定容、摇匀。配制成的钠离子10mg/L、钾离子25mg/L、镁离子5mg/L、钙离子10mg/L的混合标准贮备液贮于聚丙烯或高密度聚乙烯瓶中，冷藏保存。

　　7.13铵标准贮备液

　　移取1.0mL铵标准溶液于100mL容量瓶中，用水稀释定容、混匀，配制成10mg/L铵标准贮备液。

　　8阳离子交换容量测定

　　8.1氯化铵-乙醇浸提分光光度法

　　8.1.1测定样品pH 值

　　称取制好的样品2g置于烧杯中，加入20mL水，连续搅拌30min, 用酸度计测出悬浊液的pH值。

　　8.1.2称样

　　称取制好的样品2g,精确至0.001g, 置于离心管中。

　　8.1.3清洗可溶性盐

　　向离心管中加入50%乙醇溶液15mL, 用玻璃棒搅拌悬浮5min,用50%乙醇溶液冲洗玻璃棒及管壁，以3500r/min 离心分离15min, 弃去清液;重复洗一次，弃去清液。

　　8.1.4离子交换

　　8.1.4.1 当样品pH值<7时，向离心管中加入25mL中性交换液。

　　8.1.4.2 当样品pH值≥7时，向离心管中加入25mL碱性交换液。

　　8.1.4.3样品加入交换液后，用玻璃棒搅拌悬浮20min,用交换液冲洗玻璃棒及管壁，在离心机中以3500r/min 离心分离15min,将清液移入三角瓶中;重复交换一次，将清液移入三角瓶中。

　　8.1.5清洗未交换的铵离子

　　向离心管中加入95%乙醇溶液15mL,搅拌均匀，用95%乙醇溶液冲洗玻璃棒，以3500r/min离心分离15min, 清液移入三角瓶中(见8.1.4.3);重复洗一次，再将清液移入三角瓶中。保留三角瓶中溶液用于盐基分量测定。

　　8.1.6置换已交换的铵离子

　　向离心管中加入0.5mol/L氯化钾置换液25mL,搅拌悬浮20min, 以3500r/min离心分离15min,上层清液移至100mL容量瓶中;重复置换一次，清液仍移至上述的100mL容量瓶中，用水定容、摇 匀。该溶液为阳离子交换容量待测液。

　　8.1.7上机测试

　　8.1.7.1测定铵离子标准工作溶液

　　8.1.7.1.1按表1贮备液体积与铵离子浓度将铵标准贮备液分别置于50mL容量瓶中。

　　表1贮备液体积与铵离子浓度对应表 容量瓶编号 铵离子标准贮备液体积

　　mL 相当于测量瓶中铵离子浓度μg/mL 1 0 0 2 3.0 0.6 3 5.0 1.0 4 7.5 1.5 5 10.0 2.0 6 12.5 2.5

　　8.1.7.1.2 表1容量瓶中分别加入1mL奈斯特试剂，用水定容、摇匀，静置10min。

　　8.1.7.1.3在紫外可见分光光度计上，以1号容量瓶的溶液为参比溶液，用10mm吸收池于425nm处分别测定1号~6号吸光度。

　　8.1.7.1.4 以表1中铵离子浓度为横坐标、吸光度为纵坐标，绘制标准工作曲线。

　　8.1.7.2测定阳离子交换容量待测液

　　8.1.7.2.1 移取2.0mL～3.0mL阳离子交换容量待测液(见8.1.6)于50mL容量瓶中，加入1.0mL奈斯特试剂，用水定容、摇匀，静置10min。该溶液为阳离子交换容量测定液。

　　8.1.7.2.2在紫外可见分光光度计上，以1号容量瓶的溶液为参比溶液，用10mm吸收池于425nm处测定阳离子交换容量测定液(见8.1.7.2.1)的吸光度，由工作曲线得出相应的铵离子浓度(mg/L)。

　　8.1.8计算黏土阳离子交换容量

　　由公式(1)计算出黏土阳离子交换容量：

　　…………………………………

　　(1) 式中：

　　CEC——黏土阳离子交换容量，单位为厘摩尔每千克(cmol/kg);

　　Po——由标准工作曲线得出的铵离子浓度，单位为毫克每升(mg/L);V₀——测定液体积，50毫升(mL);

　　V₁——阳离子交换容量待测液体积，100毫升(mL);

　　m——样品质量，单位为克(g);

　　M。——铵离子摩尔质量，单位为克每摩尔(g/mol);

　　V₂——所取阳离子交换容量待测液体积，单位为毫升(mL)。

　　按GB/T 8170的规定修约，计算结果表示到小数点后一位。

　　8.2三氯化六氨合钴浸提分光光度法

　　8.2.1称样

　　称取制好的样品1g～3g, 精确至0.001g, 置于100mL离心管中。

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　　8.2.2制备阳离子交换容量待测液

　　8.2.2.1向离心管中加入25.0mL三氯化六氨合钴浸提液，旋紧离心管密封盖，置于振荡器上，在常温下振荡(60±5)min,振荡过程中样品浸提液混合物保持悬浮状态。

　　8.2.2.2离心管以4000r/min离心分离10min,将离心后的上清液倒入比色管中，若离心后上清液含有悬浮杂质，可用慢速滤纸过滤。滤液为阳离子交换容量待测液。若实验室无离心机，可采用针式过滤器过滤，24h内完成分析。

　　8.2.3制备阳离子交换容量空白试液

　　8.2.3.1 取一空离心管，加入25.0mL三氯化六氨合钴浸提液，旋紧离心管密封盖，置于振荡器上，在常温下振荡(60±5)min。

　　8.2.3.2 离心管以4000r/min离心分离10min, 将离心后的清液倒入比色管中。该溶液为阳离子交换容量空白试液。

　　8.2.4上机测试

　　8.2.4.1测定三氯化六氨合钴离子标准工作溶液

　　8.2.4.1.1按表2三氯化六氨合钴溶液体积与三氯化六氨合钴离子浓度将三氯化六氨合钴溶液分别置于10mL比色管中，用水稀释至10mL刻度线、摇匀。

　　表2三氯化六氨合钴溶液体积与三氯化六氨合钴离子浓度对应表

　　比色管编号 三氯化六氨合钴溶液体积

　　mL 相当于比色管中三氯化六氨合钴离子浓度cmolL 1 0 0.000 2 2.0 0.332 3 4.0 0.664 4 6.0 0.996 5 8.0 1.328 6 10.0 1.660

　　8.2.4.1.2在紫外可见分光光度计上，以水为参比，用10mm比色皿于475nm处分别测定1号~6号吸光度。

　　8.2.4.1.3以表2中三氯化六氨合钴溶液浓度为横坐标、吸光度为纵坐标，绘制标准工作曲线。

　　8.2.4.2空白试验

　　在紫外可见分光光度计上，以水为参比，用10mm比色皿于475nm处测定阳离子交换容量空白试液(见8.2.3.2)的吸光度。由标准工作曲线得出空白试液六氨合钴离子浓度(cmol/L)。

　　8.2.4.3测定阳离子交换容量待测液

　　在紫外可见分光光度计上，以水为参比，用10mm比色皿于475nm处测定阳离子交换容量待测液(见8.2.2.2)的吸光度。由标准工作曲线得出待测液六氨合钴离子浓度(cmol/L)。

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　　8.2.5计算阳离子交换容量

　　由公式(2)计算出黏土阳离子交换容量：

　　式中：

　　…………………………………

　　(2) C。——空白试液六氨合钴离子浓度，单位为厘摩尔每升(cmol/L);

　　C——待测液六氨合钴离子浓度，单位为厘摩尔每升(cmol/L);

　　V₃——浸提液体积，单位为毫升(mL)。

　　按GB/T8170的规定修约，计算结果表示到小数点后一位。

　　9盐基分量测定

　　9.1原子吸收光谱法

　　9.1.1制备盐基分量待测液

　　将三角瓶中溶液(见8.1.5)加热，缓慢蒸至近干，加入1.0mL体积比1:1的盐酸溶液，移至100mL 容量瓶中，用水定容、摇匀。该溶液为盐基分量待测液。

　　9.1.2上机测试

　　9.1.2.1测定钠、钾、镁、钙标准工作溶液

　　9.1.2.1.1按表3钠、钾、镁、钙混合标准贮备液体积与钠、钾、镁、钙浓度将钠、钾、镁、钙混合标准贮备液分别置于50mL 容量瓶中。

　　表3钠、钾、镁、钙混合标准贮备液体积与钠、钾、镁、钙浓度对应表

　　容量瓶编号 钠、钾、镁、钙混合标准贮备液体积

　　mL 相当于测量瓶中

　　钠离子浓度

　　mg/L 相当于测量瓶中

　　钾离子浓度mg/L 相当于测量瓶中

　　镁离子浓度mg/L 相当于测量瓶中

　　钙离子浓度

　　mg/L 1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2 1.0 0.2 0.5 0.1 0.2 3 2.0 0.4 1.0 0.2 0.4 4 3.0 0.6 1.5 0.3 0.6 5 4.0 0.8 2.0 0.4 0.8 6 5.0 1.0 2.5 0.5 1.0

　　9.1.2.1.2表3容量瓶中分别加入1.0mL体积比1:1的盐酸溶液、5.0mL10% 氯化锶溶液，用水定容、摇匀。

　　9.1.2.1.3在原子吸收分光光度计上，分别测定1号~6号吸光度。

　　9.1.2.1.4分别以表3中钠离子、钾离子、镁离子、钙离子浓度为横坐标、吸光度为纵坐标，绘制标准工作曲线。

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　　9.1.2.2测定盐基分量待测液中的钠离子、钾离子、镁离子、钙离子

　　9.1.2.2.1移取1.0mL～5.0mL盐基分量待测液(见9.1.1)于50mL容量瓶中，加入1.0mL体积比1:1盐酸溶液、5.0mL10% 氯化锶溶液，用水定容、摇匀。该溶液为盐基分量测定液。

　　9.1.2.2.2在原子吸收分光光度计上，测定盐基分量测定液(见9.1.2.2.1)中钠、钾、镁、钙的吸光度，由工作曲线得出相应的钠离子、钾离子、镁离子、钙离子浓度(mg/L)。

　　9.1.2.3测定其余盐基离子

　　样品如含有铝离子、铁离子等其余盐基离子，宜参照9.1.2.1、9.1.2.2执行。

　　9.1.3计算盐基分量、盐基总量

　　由公式(3)计算各盐基分量：

　　式中：

　　……………………………………

　　(3) E——每一种盐基分量，单位为厘摩尔每千克(cmol/kg);

　　z——阳离子对应的电荷数;

　　P——由标准工作曲线得出的每一种阳离子的浓度，单位为毫克每升(mg/L);

　　V₄——盐基分量测定液体积，50毫升(mL);

　　V₅——盐基分量待测液体积，100毫升(mL);

　　M——每一种阳离子的摩尔质量，单位为克每摩尔(g/mol);

　　V₆——所取盐基分量待测液体积，单位为毫升(mL)。

　　由公式(4)计算盐基总量：

　　E=……………………………………(4)

　　式中：

　　E——盐基总量，单位为厘摩尔每千克(cmol/kg);

　　E——每一种盐基分量，单位为厘摩尔每千克(cmol/kg)。

　　按GB/T8170的规定修约，计算结果表示到小数点后一位。

　　9.2电感耦合等离子体原子发射光谱法

　　9.2.1制备盐基分量待测液

　　将三角瓶中溶液(见8.1.5)加热，缓慢蒸至近干，加入1.0mL体积比1:1的硝酸溶液，转至100mL 容量瓶中，用水定容、摇匀。该溶液为盐基分量待测液。

　　9.2.2测定盐基分量待测液

　　9.2.2.1移取1.0mL～5.0mL盐基分量待测液(见9.2.1)于50mL容量瓶中，用水定容、摇匀。该溶液为盐基分量测定液。

　　9.2.2.2测试盐基分量测定液(见9.2.2.1)中的阳离子。测试按 SY/T6404的规定执行。

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　　9.2.3计算盐基分量、盐基总量

　　按9.1.3的要求执行。

　　10平行试验

　　10.1在重复性测试条件下，黏土阳离子交换容量两次独立测试结果的相对偏差不大于5%,盐基分量两次独立测试结果的相对偏差不大于8%;否则应重新测试。

　　10.2每批样品至少测定10%的平行双样;样品数量少于10个，应至少测定一个平行双样。