二氧化硅标液的制备方法

概述^[1]

二氧化硅标准溶液是按照一定比例配置的溶液，其可用于有关物质的测定。

制备方法^[2]

方法一：

称取0.1000g预先经1000℃±20℃灼烧1h左右的二氧化硅，置于铂坩埚中，加4g无水碳酸钠，在1000℃±20℃熔融15min，用热水浸取，冷却后移入1000ml容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀，移入塑料瓶中保存。此溶液为密度ρ=100.0μg/ml。

方法二：

由电阻大于100兆欧的纯水100ml，化学纯的氢氧化钠（NaOH≥97%）0.31克硅含量大于98%、细度为200目的硅粉14克，分二次加入，间隔30分钟，在带有回流装置的反应器内，常压下，85℃±2℃反应4小时，减压过滤后检测二氧化硅标液浓度为24%，氢氧化钠浓度为0.36%。

本方法的目的可以通过以下措施来达到：省却“活化”过程，直接将粉磨、筛选好的硅粉经过4～6小时时间缓缓加入带有搅拌的反应器中，反应器中的溶解介质为蒸馏水，其电阻值为100～500兆欧，使用氢氧化钠（试剂级）或氢氧化钾、氢氧化锂为催化剂，加量为硅粉加量的0.5%～12%，反应温度为60～97℃度，反应时间为4～6小时，反应完成后经过滤、脱色，产物浓度即达到25%～28%。

硅粉在碱性溶液中的反应过程可以认为是一个催化裂化过程，反应过程按Si+OH-→SiO2+H2O+H2↑进行，在OH-存在下。Si与溶液中的O-2结合成SiO2分子，由于反应过程中有水和气体生成，所以在适当的温度、压力及搅拌等条件下，反应可以顺利进行，直至反应完成到动态平衡为止。反应过程按上述过程进行，而不是按Si+OH-→SiO-23+H2O+H2↑过程进行。因为在添加反应物时，可以提供OH-的反应物添加量远未达到足以生成SiO-23的程度，含有SiO-23的溶液具有较高的粘度，而按Si+OH-→SiO2+H2O+H2↑过程完成的反应液粘度几乎没有增加。

催化剂选择氢氧化钠或氢氧化钾、氢氧化锂要比氢氧化铵更易于控制反应过程，且添加量少，这使得产品成本低，又由于氢氧化铵属于弱碱，而氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂属于强碱，故在提供OH-方面，氨碱远不如钠钾等强碱。所以，选择用氨碱时，就必须预先对硅粉进行“活化”处理才能进行下一步的催化过程。由于使用强碱作催化剂，使得反应完成的更彻底。达到化学平衡时完成液的浓度就较高。这就是本制备过程不经浓缩，产物浓度就可达到20%以上的原因。

方法三：

二氧化硅标准贮存溶液：称取0.5000g预先在100℃灼烧2h并冷至室温的二氧化硅（99.99%）置于铂坩埚中,加5g无水碳酸钠,盖上坩埚盖并稍留缝隙,置于1000℃高温炉中熔融5-10min，取出，冷却。置于盛有300ml沸水聚四氟乙烯烧杯中，低温加热浸出熔块至溶液清亮，用热水洗出坩埚及盖，冷却运载室温。移入500ml容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，贮于塑料瓶中，此溶液1ml含1mg二氧化硅。

二氧化硅标准溶液：移取50.00ml二氧化硅标准贮存溶液，置于500ml容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，贮于塑料瓶中。此溶液1ml含1μg二氧化硅。

方法四：

试剂和标准液的配制

1．试剂的配制

试剂必须采用无硅水配制，以保证仪器测量的精确度，所需化学药品（分析纯）：

钼 酸 铵：  （NH4）6 MO7O24·4H2O

草酸：  C2H2O4·2H2O

浓 硫 酸：  H2SO4

硫酸亚铁铵：Fe（NH4）2·（SO4）2·6H2O

配制方法：

①试剂0（R0）：

取84ml 98%浓硫酸，缓慢倒入800ml无硅水中，冷却到室温，然后慢慢加入无硅水，最后定容至1Ｌ。

②试剂１（R1）：

称取100g钼酸铵，溶入800ml无硅水中，然后定容至１Ｌ。

③试剂２（Ｒ２）：

称取80g草酸，溶入800ml无硅水中，然后定容至1L，装入试剂桶R2中。

④试剂３（Ｒ３）：

先取12ml　98%浓硫酸，缓慢倒入800ml无硅水中，冷却至室温，然后再称取12g硫酸亚铁铵，溶入上述水中，最后定容至1L，装入试剂桶R3中。

⑤使用时将R0和R1按 1：1比例混合均匀合，装入试剂桶R1中。

2．标准液的配制

标准液必须采用无硅水配制，所用化学药品为（分析纯）：

氟硅酸钠（Na2SiF6）或　硅酸钠（Na2SiO3.9H2O）

① 1000mg/L  ＳiO2 储备液的配制：

准确称取氟硅酸钠（Na2SiF6）3.130g 或硅酸钠（Na2SiO3.9H2O）4.730g，溶于少量无硅水中，并定容至1L。

② 100mg/ L  ＳiO2工作液的配制：

量取适量1000mg/L  ＳiO2储备液，用无硅水稀释至10倍。

③ 根据测量范围，用户选定合适浓度的标1和标2，将工作液用无硅水稀释至相应浓度。

举例说明：

A、20ug/L标准溶液配置：

1.  将1ml的100 mg/L放入1000毫升定量瓶中，然后加无硅水至1000毫升刻度，搅拌均匀，该标准溶液为100ug/L二氧化硅标定液。

2.  将100ml的100ug/L放入500毫升定量瓶中，然后加无硅水至500毫升刻度，搅拌均匀，该标准溶液为20ug/L二氧化硅标定液。

    20ug/L   500ml  =100ug/L  100mL  +   无硅水 400mL

B、40ug/L标准溶液配置：

1.  将1ml的100 mg/L放入1000毫升定量瓶中，然后加无硅水至1000毫升刻度，搅拌均匀，该标准溶液为100ug/L二氧化硅标定液。

2.  将100ml的100ug/L放入250毫升定量瓶中，然后加无硅水至250毫升刻度，搅拌均匀，该标准溶液为40ug/L二氧化硅标定液。

40ug/L   250ml  =100ug/L  100mL  +   无硅水 150mL

主要参考资料

[1] 白静, 段嫚雷, 夏娃, & 丁敏. (2015). 二氧化硅标准溶液的配制及其不确定度评定. 2015年全国无机硅化物行业年会暨新常态行业发展研讨会.

[2] 黄萍, 左鸿毅, & 江秀智. (2010). 钼蓝分光光度法测定高铁铅锌精矿中二氧化硅. 湖南有色金属, 26(1), 59-62.

[3] 黄岚. . Icp-aes法测定碳酸盐岩中的二氧化硅. 中国石油和化工标准与质量, 38(22), 50-51+53.