傅立叶变换红外光谱仪测定粉尘中游离二氧化硅含量

关键词：红外光谱仪定量检测游离二氧化硅

在电力、煤炭等行业生产环境中，粉尘中游离二氧化硅含量较高,粉尘的分散度也比较高，即多为呼吸性粉尘，因此对作业人员的危害较大，主要包括鼻炎、咽炎、气管炎、支气管炎等呼吸系统疾病。因此，加强对粉尘中游离二氧化硅含量的检测是一件非常重要和紧迫的工作。以往检测均采用“焦磷酸重量法”，该方法存在操作步骤复杂、使用试剂种类繁多、检测周期长、准确性差、试验室条件要求苛刻等一系列问题，难以满足现场批量检测的要求。为了提高检测的准确性，实现批量检测的目的，可选用FTIR920型傅立叶变换红外光谱仪来检测粉尘中游离二氧化硅含量。

检测原理：

α-石英在红外光谱中于 12.5μm（800cm-1）、12.8μm（780cm-1）及 14.4（694cm-1）μm处出现特异性强的吸收带，在一定范围内，其吸光度值与α-石英质量成线性关系。通过测量吸光度，进行定量测定。

仪器配置：

制样准备：

瓷坩埚和坩埚钳；
箱式电阻炉或低温灰化炉；
十万分之一天平；
200目过滤筛；
滤纸、称量纸若干；
无水乙醇；
手套、脱脂棉、小药勺、玻璃取样瓶；
游离二氧化硅标准品(纯度高于95%)；
采集的粉尘样品。

样品的采集：根据测定目的，样品的采集方法参见 GBZ 159 和 GBZ/T 192.2 或 GBZ/T 192.1，滤膜上采集的粉尘量大于 0.1mg 时，可直接用于本法测定游离二氧化硅含量。

测定：

1、样品处理

准确称量采有粉尘的滤膜上粉尘的质量（G）。然后将受尘面向内对折 3 次，放在瓷坩埚内，置于低温灰化炉或电阻炉（小于 600℃）内灰化，冷却后，放入干燥器内待用。称取 250mg 溴化钾和灰化后的粉尘样品一起放入玛瑙乳钵中研磨混匀后，连同压片模具一起放入干燥箱（110℃±5℃）中10min。将干燥后的混合样品置于压片模具中，加压25MPa，持续 3min，制备出的锭片作为测定样品。同时，取空白滤膜一张，同样处理，作为空白对照样品。

2、石英标准曲线的绘制

精确称取不同质量的标准α-石英尘（0.01mg ~1.00mg），分别加入250mg 溴化钾，置于玛瑙乳钵中充分研磨均匀，按上述样品制备方法做出透明的锭片。将不同质量的标准石英锭片置于样品室光路中进行扫描，红外软件以 X 轴横坐标记录 1000cm-1~600cm-1 的谱图，在 900cm-1 处校正零点和 100%，以 Y 轴纵坐标表示吸光度。

以 800cm-1、780cm-1 及 694cm-1 三处的吸光度值为纵坐标，以石英质量（mg）为横坐标，绘制三条不同波长的α-石英标准曲线，并求出标准曲线的回归方程式。在无干扰的情况下，一般选用 800 cm-1标准曲线进行定量分析。

3、样品测定

分别将样品锭片与空白对照样品锭片置于样品室光路中进行扫描，记录800cm-1（或 694cm-1）处的吸光度值，重复扫描测定 3 次，测定样品的吸光度均值减去空白对照样品的吸光度均值后，由α-石英标准曲线得样品中游离二氧化硅的质量（m）。

计算

按以下公式计算粉尘中游离二氧化硅的含量：

SiO2(F)= m/G× 100

公式中：SiO2（F）——粉尘中游离二氧化硅（α-石英）的含量，%；

m——测得的粉尘样品中游离二氧化硅的质量，mg；

G——粉尘样品质量，mg。

注意事项

1、本法的α-石英检出量为 0.01mg；相对标准差（RSD）为 0.64%~1.41%。

2、粉尘粒度大小对测定结果有一定影响，因此，样品和制作标准曲线的石英尘应充分研磨，使其粒度小于 5μm 者占 95%以上，方可进行分析测定。

3、灰化温度对煤矿尘样品定量结果有一定影响，若煤尘样品中含有大量高岭土成分，在高于 600℃灰化时发生分解，于 800cm-1 附近产生干扰，如灰化温度小于 600℃时，可消除此干扰带。

4、在粉尘中若含有粘土、云母、闪石、长石等成分时，可在 800cm-1 附近产生干扰，则可用 694cm-1 的标准曲线进行定量分析。

5、为降低测量的随机误差，实验室温度应控制在 18℃~24℃，相对湿度小于 50%为宜。制备石英标准曲线样品的分析条件应与被测样品的条件完全一致，以减少误差。