红外分光光度法测定粉尘中游离二氧化硅的含量
2009-12-17 17:18:15 (已经被浏览956次)  [打印] [关闭]红外分光光度法测定粉尘中游离二氧化硅的含量
姚科伟 陈云飞 章巧林 黄建瑾
（宁波中一检测研究院有限公司浙江宁波 315040）
（注：本文刊登在中国兵器工业集团第五三研究所主办的《化学分析计量》杂志2009年第十八卷第六期上）
摘要：建立一种有效的红外分光光度法测定粉尘中游离二氧化硅含量，并对样品处理和曲线绘制方法进行了改进。游离二氧化硅含量在0-100.85mg范围内与吸光度有良好的线性关系，相关系数r＝0.9996，样品加标回收率为80.35％-92.77％，测定结果的相对标准偏差不大于5.06％（n＝5）。
关键词：红外分光光度法 游离二氧化硅 粉尘
工作环境中的粉尘种类较多，主要有矽尘、煤尘、锅炉尘、石棉尘、水泥尘等。当粉尘中的游离二氧化硅含量较高时，对接触人员危害较大。因此有必要加强对粉尘中游离二氧化硅的测定。以往检测粉尘中的游离二氧化硅含量，均采用《作业场所空气中粉尘测定方法》（GB5748-85）规定的“焦磷酸重量法”[1]，但该方法操作繁琐、检测周期长、准确性差等一系列问题，难以满足批量检测的要求。为了提高检测的准确度，实现批量检测的目的，我们对红外分光光度法测定粉尘中游离二氧化硅含量进行了研究。
1 实验部分
1.1主要仪器与试剂
  红外分光光度计：TJ270-30A型，天津拓普（天津市拓普仪器有限公司）；
  压片机及磨具：FW-4A型，天津拓普（天津市拓普仪器有限公司）；
  电子天平：感量0.01mg，AB135-S，梅特勒（瑞士梅特勒－托利多）；
  高温电炉：SX-4-10型，（中国?沈阳市节能电炉厂）；
  电热干燥箱：GZX-9070MBE型，（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）；
  光谱纯溴化钾:研磨后后过200目筛子，（天津市光复精细化工研究所）；
  标准α-SiO2：纯度在99％以上。
1.2 实验方法
（1）样品的采集
  现场样品采集按GBZ 159《工作场所空气中有害物质监测采样规范》执行。
（2）样品处理
  沉降尘处理：粉尘样品放在105℃±3℃的烘箱内干燥2h，稍冷，贮于干燥器备用。如果粉尘粒子较大，需用玛瑙研钵研磨，并用200目筛子筛选。准确称取筛选后的样品质量（m）置于高温电炉（低于600℃）内灰化30min，冷却后，放入干燥器内待用。
  滤膜样处理[2]：用差减法准确称量采样后滤膜（过氯乙烯滤膜）上粉尘的质量（m），然后放入瓷坩埚内，置于高温电炉（低于600℃）内灰化30 min，冷却后，放入干燥器内待用。
  称取一定量的溴化钾（使溴化钾和粉尘总质量为250mg）放入瓷坩埚内和灰化后的粉尘充分混匀，连同压片磨具一起放入干燥箱（110±5℃）中10 min。将干燥后的混合样置于压片磨具中，加压20MPa，持续3 min，制备出的锭片作为测定样品。对于滤膜样，须同时取空白滤膜一张，同上处理，制成样品空白锭片。
（3）石英标准曲线的绘制
  准确称取10.00 mg标准α-SiO2与990.00 mg溴化钾放入玛瑙研钵中，加入一定量的无水酒精，进行湿式研磨。充分研磨后进行烘干，配制成10 μg/mg标准α-SiO2混合样。准确称取不同质量（含标准α-SiO2：0.01mg～1.00 mg）的标准α-SiO2混合样，混入研磨好的溴化钾，使其总质量达到250 mg，制成锭片进行检测。根据α-SiO2对800、780、694cm-1波数的红外光具有特异性强的吸收带，以标准α-SiO2质量为横坐标，800 cm-1吸光值减去830 cm-1吸光值为纵坐标，绘制标准曲线，并求出标准曲线的回归方程。
（4）样品的测定
  分别将样品锭片与样品空白锭片进行扫描，记录830、800 cm-1处的吸光值，由α-SiO2标准曲线得样品和空白锭片中游离二氧化硅的质量。
（5）结果计算
——粉尘中游离二氧化硅（α-SiO2）的百分含量，%
m1——测得粉尘中游离二氧化硅（α-SiO2）质量数值，mg
m2——测得空白中游离二氧化硅（α-SiO2）质量数值，mg（对于沉降尘m2＝0）
m——粉尘样品质量数值，mg
2、结果与讨论
2.1 标准α-SiO2谱图
  二氧化硅种类繁多晶型复杂，主要有α-SiO2、β-SiO2和无定型SiO2等。但只有α-SiO2在800、780、694cm-1波数下有明显的吸收带，如图1所示.
图1：标准α-SiO2谱图
2.2 样品量的选择
  测定游离二氧化硅含量，要选择适量的样品量。如果样品量过少，可能会接近或低于检测下限；如果样品量过大，一是增大干扰物质，二是定量吸收峰可能超出线性范围而导致检测结果偏低。取样量按含量高取样少原则进行取样，具体取样量按表1进行取样。
表1 样品取样量的选择
α-SiO2含量范围 样品取样量m／mg
α-SiO2：≥75％ 1～1.33
α-SiO2：50％～75％ 2～1.33
α-SiO2：10％～50％ 2～10
α-SiO2：≤10％ 10
2.3 标准曲线的绘制
  分别称取0.0、11.83、27.72、50.70、75.41、100.85 mg标准α-SiO2混合样，并加溴化钾至250 mg，混匀后，装入压片模具，制成锭片。在900～600cm-1波数进行扫描，吸光值如表2所示。
表2 标准α-SiO2的吸光度值

  由于样品的背景吸收使扫描基线抬高或降低，从而影响定量峰的定量，所以必须对定量峰进行修正，结果表明在三个定量峰中，用800 cm-1的吸光值减去830 cm-1的吸光值来进行线性线性回归效果最好，同时也避免了由于背景漂移带来的影响。其线性回归方程为：y=0.1738x+0.0026（x:样品含量，mg；y：吸光值）,线性相关系数为0.9996,利用得到的标准曲线,即可对被测样品进行粉尘中α-SiO2含量的测定。
2.4 加标回收实验
  取煤尘的沉降尘做为样品按试验方法测定5次求得本底值为7.33%，另取同一样品998.78mg、998.23mg、988.71mg分别加入62.19mg、105.89mg、157.19mg标准α-SiO2。充分碾磨混匀后,按试验方法测定含量并求得回收率，结果见表3。表3 加标回收率的计算

2.5 实验方法的比较
  用标准α-SiO2加溴酸钾分别配制成1.00%、5.07%、10.14%的标准样品，用本方法与焦磷酸法进行比较。两种方法测得的二氧化硅含量结果如表4。从对比结果可以看出两种方法差异较小，但红外分光光度法的准确度和精密度优于焦磷酸法，还具有操作简便、省时、节省试剂等优点。
表4 测试标准样品α-SiO2质量分数结果对比