红外分光光度法测定粉尘中游离二氧化硅的含量红外分光光度法测定粉尘中游离二氧化硅的含量 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 r0.9996，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（n5） 。 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 型压片机及磨具：FW-4A 型电子天平：感量 0.01mg 高温电炉：SX-4-10 型 电热干燥箱：GZX-9070MBE 型光谱纯溴化钾标准 -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 1053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（1105）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 -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 g/mg 标准 -SiO2 混合样。准 确称取不同质量（含标准 -SiO2：0.01mg1.00 mg）的标准 -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 -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 -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 - 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（-SiO2）的百分含量，% m1测得粉尘中游离二氧化硅（-SiO2）质量数值，mg m2测得空白中游离二氧化硅（-SiO2）质量数值，mg（对于沉降尘 m20） m粉尘样品质量数值，mg 2、结果与讨论 2.1 标准 -SiO2 谱图二氧化硅种类繁多晶型复杂，主要有 -SiO2、-SiO2 和无定型 SiO2 等。但只有 - 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 -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-SiO2 含量范围样品取样量 mmg-SiO2：7511.33-SiO2：507521.33-SiO2：1050210-SiO2：10102.3 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 -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 900600cm-1 波数进行扫描，吸光 值如表 2 所示。 表 2 标准 -SiO2 的吸光度值每片锭片含 -SiO2 质量 /mg830 cm-1 吸光度 A1800 吸光度 A2A2-A10.00000.17810.17970.00160.11830.20780.23360.02580.27720.22550.27570.05020.50700.23980.32780.08800.75410.25890.39380.13491.00850.25400.43210.1781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 -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 -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 加标回收率的计算煤尘样品 质量 mg本底 - SiO2 质量 mg加入 - SiO2 质量 mg测得 -SiO2 含量 平均值 RSD %测得 - SiO2 质量 mg回收率 %998.7873.2162.1911.60 11.79 11.26 10.78 11.67 12.5511.615.06123.1880.35998.2373.17105.8914.93 15.06 14.54 14.37 14.94 15.7514.933.21164.8586.58988.7172.47157.1918.99 18.88 19.27 19.07 19.71 18.3719.052.33218.2992.772.5 实验方法的比较用标准 -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 -SiO2 质量分数结果对比红外分光光度法焦磷酸法标准值%n测量值相对误差 n测量值相对误差 1.0070.980.0762.061.040.1804.005.0764.920.1062.9665.230.2283.1610.14510.040.2310.99610.400.2602.563、结论在红外分光光度法测定粉尘中游离二氧化硅含量的过程中除样品的处理、标准曲线的 绘制、样品量的选择等会影响检测结果的准确性，在具体操作过程中还应该注意粉尘粒度 的影响，粉尘样品的粒度小于 5 m 应占 95以上，如果颗粒度大于波长粒子，将对入射 红外光产生强烈散射。对于滤膜采集的样品可忽略不计，但对于沉降尘样品，如果研磨不 充分粒度大，会使 SiO2 测定结果偏低3。锭片均匀程度对样品的测定也会产成影响，所 以在压片之前，要先将含有样品的粉末研磨均匀。并对锭片进行三次扫描取其平均值，这 样有利于消除锭片均匀度的影响。本方法与焦磷酸法的比较表明本法切实可行，可在粉尘 检测中推广使用。