聚环氧乙烷凝聚重量法结合ICP–AES法测定玻璃中的二氧化硅

李曼，王明玉，李倩男，邵迪，郭中宝

(中国建材检验认证集团股份有限公司，北京 100024)

聚环氧乙烷凝聚重量法结合ICP–AES法测定玻璃中的二氧化硅

李曼，王明玉，李倩男，邵迪，郭中宝

(中国建材检验认证集团股份有限公司，北京 100024)

建立聚环氧乙烷凝聚重量法结合电感耦合等离子体发射光谱法(ICP–AES)法测定玻璃中二氧化硅的分析方法。玻璃试样经1 000℃高温下无水碳酸钠熔融，以盐酸浸出后蒸成湿盐状，再用聚环氧乙烷凝聚，过滤并将沉淀灼烧，然后用氢氟酸处理，其前后的质量差即为沉淀的二氧化硅量，滤液中的二氧化硅用ICP–AES法测定，两者相加得试样中二氧化硅的总含量。在选定的条件下，用ICP–AES法测定二氧化硅的线性范围为0.20～50 μg／mL，线性相关系数为0.999 5，检出限为0.20 μg／mL。测定结果的相对标准偏差为0.45%(n=6)，方法的回收率在98.6%～101.9%之间。该方法具有较高的准确度和良好的精密度，测定速度快，可用于玻璃中二氧化硅含量的测定。

二氧化硅；聚环氧乙烷凝聚重量法；电感耦合等离子体发射光谱法；玻璃

二氧化硅是玻璃的重要组成部分，它可以提高玻璃材料的稳定性、硬度、强度等，但其含量过高，将导致玻璃析晶。因此对玻璃中二氧化硅含量的进行准确检测十分重要，关系到玻璃的质量和使用效果。检测较高含量的二氧化硅常用的方法有盐酸一次脱水重量法结合分光光度法［1–2］、氟硅酸钾容量法［3–4］、动物胶凝聚重量法结合分光光度法［5–6］、聚环氧乙烷凝聚重量法结合分光光度法［7］。其中盐酸一次脱水重量法产生的酸雾大且分析步骤较繁琐；氟硅酸钾容量法的测定条件要求较高，影响因素又多，如果实验人员控制不好实验条件，很容易导致测定结果不稳定；动物胶凝聚重量法测定二氧化硅的方法虽然准确度高，但以动物胶作凝聚剂，必须严格控制凝聚的温度和酸度，劳动强度大，费时且酸雾大。

电感耦合等离子体发射光谱(ICP–AES)法以检出限低，操作简单快速，测定结果准确度高等优点在玻璃的部分化学成分检测中得到了广泛的应用［8–14］。笔者采用聚环氧乙烷凝聚重量法结合ICP–AES法测定玻璃中的二氧化硅，对滤液中的二氧化硅含量测定采用ICP–AES法，避免了传统分光光度法操作步骤繁琐，劳动强度大，效率低且消耗大量化学试剂等缺点。该方法准确度高，重复性好，实验效率高。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子体发射光谱仪：iCAP6300型，美国Thermo公司；

超纯水发生器：Milli-Q型，密理博中国有限公司；

氩气：纯度大于99.99%，北京普莱克斯实用气体有限公司；

电子天平：A200S型，德国Sartorius公司；

SiO2标准溶液：1 000 mg／L，钢研纳克检测技术有限公司；

无水碳酸钠、盐酸、氢氟酸、硫酸：分析纯；

硼硅酸盐玻璃标准样品：GBW 03132，二氧化硅含量为53.98%，中国建材检验认证集团股份有限公司；

聚环氧乙烷溶液：4.0 g／L，称取0.4 g聚环氧乙烷溶解于100 mL水中，搅拌，放置过夜，过滤后使用；

实验用水均为去离子水。

1.2 ICP–AES仪器工作参数

功率：1.15 kW；等离子气流量：15 L／min；辅助气：氩气，流量为0.5 L／min；雾化器气体：氩气，流量为0.5 L／min；垂直观测高度：12 mm；样品测定次数：3次；冲洗泵转速：50 r／min；样品冲洗时间：30 s；分析泵速转：50 r／min；泵稳定时间：5 s；分析波长：251.611 nm。

1.3 基体溶液配制

称取4 g无水碳酸钠熔剂至250 mL烧杯中，加入100 mL水和20 mL盐酸溶液(1+1)，搅拌均匀待用。

1.4 实验方法

称取约0.5 g试样，精确至0.000 1 g，置于已用3 g碳酸钠熔剂铺底的铂坩埚中，混匀，再加入1 g碳酸钠熔剂铺在表面，盖上坩埚盖，放入1 000℃高温炉中熔融1 h后，取出摇匀，冷却，放入250 mL烧杯中，用热水浸取熔块，盖上表面皿，加入20 mL盐酸溶液(1+1)溶解熔块，用少量盐酸溶液(1+1)及水冲洗坩埚，将烧杯置于电热板上蒸发至湿盐状，取下，冷却。加入约5 mL聚环氧乙烷，充分搅拌，用中速定量滤纸过滤，并且把塑料棒与烧杯用一小片滤纸和橡皮头擦洗干净，将沉淀全部转入滤纸上，将滤液收集于250 mL容量瓶中并用水稀释至标线，用ICP–AES测定滤液中二氧化硅质量(m3)。滤纸连同沉淀一并放入铂坩埚中，置于电炉上低温烘干，升高温度使滤纸充分灰化，于1 000℃灼烧1 h，在干燥器中冷却至室温，反复灼烧，直至恒重，称量得质量为m1。将沉淀用水润湿，加入4滴硫酸及5 mL氢氟酸溶液，于低温电炉上蒸发至干，重复处理一次，逐渐升高温度驱尽三氧化硫白烟，将残渣于1 000℃灼烧15 min，在干燥器中冷却至室温，反复灼烧，直至恒重，称量得质量为m2。

按照式(1)计算试样中二氧化硅的含量。

式中：w——试样中二氧化硅的质量分数，%；

m1——氢氟酸处理前铂坩埚与沉淀的质量，g；

m2——氢氟酸处理后铂坩埚与沉淀的质量，g；

m3——滤液中二氧化硅的质量，g；

m——试样的质量，g。

2 结果与讨论

2.1 仪器工作参数的选择

在ICP–AES使用过程中，仪器高频功率增加时信号值明显增强，但同时仪器噪音也增加，经过调试选择1.15 kW作为分析功率。辅助气流量的大小直接影响样品溶液的吸出速率，增大辅助气流量，可以使进入等离子体的待测元素量增大，强度增强；但辅助气流量过大，将会稀释样品，经过调试选择辅助气流量为0.5 L／min。雾化器流量的增加会使待测元素强度下降，从而导致灵敏度降低，这样不利于低浓度元素的分析测定，经过调试选择雾化气流量为0.5 L／min［15］。

2.2 干扰的消除及光谱分析线的选择

利用电感耦合等离子体发射光谱法测定滤液中的二氧化硅时，溶液基体对测试结果的影响较大。在标准溶液的配制过程中加入4 g无水碳酸钠熔剂和20 mL盐酸溶液(1+1)，使标准溶液与制备的待测样品溶液基体保持一致，从而消除基体的干扰。

元素分析波长的选择是否恰当，直接影响测定结果的准确度和可信度。通过iTEVA分析软件自动背景校正后，综合考虑硅元素的检出限、共存元素干扰、背景干扰和待测元素的线性范围等因素，对每个被测元素初选3条谱线作为分析线进行测定，经过样品溶液的多次扫描，比较了各条谱线的谱图、背景轮廓和强度值，以谱线的信噪比高、不受或少受光谱干扰、仪器检出限低为原则［16］，最终选择251.611 nm谱线作为硅元素的分析线。

2.3 标准工作曲线方程

将二氧化硅标准溶液用基体溶液逐级稀释至250 mL容量瓶中，配制成质量浓度分别为0，10，25，50 µg／mL的二氧化硅系列标准工作溶液。

按照1.2设置仪器工作条件，点燃等离子体炬焰，待炬焰稳定后，测定上述系列标准溶工作液的光谱强度。以光谱净强度A为纵坐标，以硅元素的质量浓度c(µg／mL)为横坐标绘制标准曲线，得线性方程为A=335.73c–184.12，线性相关系数为0.999 5，线性范围为0.20～50 µg／mL。

2.4 ICP–AES法测定二氧化硅的检出限和定量限

按1.4实验方法配制试剂空白，连续测定试剂空白10次，取3倍标准偏差所对应的质量浓度作为二氧化硅在所选分析谱线下的检出限；取10倍标准偏差所对应的质量浓度作为在所选分析谱线下的定量限。本方法中二氧化硅的检出限为0.20 µg／mL，定量限为0.67 µg／mL。

2.5 方法准确度和精密度

选择硼硅酸盐玻璃标准样品GBW 03132，平行称取6个样品，称样量均为0.5 g左右，按照本方法测定二氧化硅的含量，并与标准值进行对比，结果见表1。

表1 方法精密度和准确度试验结果 %

由表1可以看出，本法测定值与标准值的相对误差为0.12%，测定结果的相对标准偏差为0.45%，说明该方法具有较高的准确度和良好的精密度。

2.6 回收试验

在3个不同的玻璃实际样品中添加一定质量的标准样品GBW 03132，按照实验方法对二氧化硅进行测定，计算加标回收率，结果见表2。由表2可知，方法的加标回收率在98.6%～101.9%之间，说明该方法具有较高的准确度，可用于测定玻璃中的二氧化硅含量。

表2 方法回收试验结果 %

3 结语

采用聚环氧乙烷凝聚重量法结合ICP–AES法测定玻璃中的二氧化硅，兼具了重量法测定二氧化硅的准确性和ICP–AES法测定滤液中二氧化硅的高效性，提高了工作效率。该方法准确、快速，适用于玻璃中二氧化硅含量的分析。

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Determination of Silicon Dioxide in Glass by Poly Ethylene Oxide Condensation Weight Method Combined with ICP–AES

Li Man， Wang Mingyu， Li Qiannan， Shao Di， Guo Zhongbao
(China Building Material Test ＆ Certifcation Group Co.， Ltd.， Beijing 100024， China)

The method for determination of silicon dioxide in glass by poly ethylene oxide condensation weight method combined with inductively coupled plasma atomic emission spectrometry(ICP–AES) was established. The sample was fused by Na2CO3at 1 000℃and lixiviated by HCl, then was evaporated to wet salt which was condensed by poly ethylene oxide. The obtained sample was fltered, and then the precipitate was burned to constant weight and followed by reacting with hydrofuoric acid. The difference of the two mass results were the amount of silicon dioxide in the sample. While the silicon dioxide left in the fltrate was determined by ICP–AES. The total amount of silicon dioxide in the sample was obtained by adding the two results. Under the selected conditions, the linear range was 0.20–50 µg／mL, the linear correlation coeffcient was 0.999 5, and the detection limit was 0.20 µg／mL. The relative standard deviation of determination results was 0.45%(n=6), and the recovery was 98.6%–101.9%. The method has high accuracy and good precision, it is suitable for the determination of silicon dioxide in glass with rapid measuring speed.

silicon dioxide; poly ethylene oxide condensation weight method; inductively coupled plasma–atomic emission spectrometry; glass

O657.3

：A

：1008–6145(2017)01–0076–03

10.3969／j.issn.1008–6145.2017.01.019

联系人：李曼；E-mail: liman@ctc.ac.cn

2016–11–12