關(guān)于硅鉬藍分光光度法測定鍋爐水中二氧化硅的優(yōu)化研究

＊侯屹婷

（晉能控股煤業(yè)集團廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司 山西 037003）

1.概述

二氧化硅含量是工業(yè)鍋爐水的重要水質(zhì)指標(biāo)。這是因為鍋爐軟化器很難去除原水中的SiO32-等陰離子，而這些陰離子會引發(fā)鍋爐的腐蝕和結(jié)垢，導(dǎo)致鍋爐水發(fā)沫和汽水共騰，縮短鍋爐壽命甚至造成鍋爐爆管事故[1-2]。因此鍋爐水的二氧化硅含量對工業(yè)生產(chǎn)效率以及設(shè)備運行安全至關(guān)重要。國標(biāo)中測二氧化硅的方法是硅鉬藍分光光度法，采用酸化后的鉬酸銨溶液為顯色劑，酒石酸溶液作掩蔽劑，用1-氨基-2-萘酚-4-磺酸做還原劑[2]，該方法具有成本低、靈敏度高的優(yōu)點。但還原劑1-氨基-2-萘酚-4-磺酸微溶于水，有毒性和刺激性氣味，對環(huán)境污染大。而抗壞血酸的還原劑性與1-氨基-2-萘酚-4-磺酸相似，不但對環(huán)境友好且同樣經(jīng)濟方便。因此本文用抗壞血酸做為硅鉬藍分光光度法的還原劑對測量方法中的酸度、還原劑用量、顯色時間進行探索，得到了最佳反應(yīng)條件。并通過對實際鍋爐水樣二氧化硅含量的測定，驗證了這是一種有效、準(zhǔn)確性高的分析方法。

2.實驗部分

(1)實驗原理

在pH為1.1～1.3介質(zhì)條件下，水中的可溶性硅與鉬酸銨生成硅鉬黃，用還原劑將硅鉬黃還原為硅鉬藍，此藍色的色度與水樣中可溶性硅的含量成正比。磷酸鹽對本法的干擾可加入酒石酸加以消除。

(2)儀器與試劑

UV1000紫外可見分光光度計，50mL比色管，10mm比色皿；超純水、硫酸（3mol/L）、10%鉬酸銨溶液、10%酒石酸溶液、2%的抗壞血酸溶液、二氧化硅儲備液（1000μg/mL）、二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)使用溶液（10μg/mL，按照GB/T 12149-2017配置）。

(3)實驗方法取水樣50.0mL加入硫酸（3mol/mL）溶液1.00mL，搖勻；立即加入10%鉬酸銨溶液3.50mL，搖勻放置5min；加入10%酒石酸溶液2.00mL，搖勻，靜置1min；加入抗壞血酸溶液2.00mL混勻，靜置15min后，于650nm處用10mm比色皿，測量其吸光度，以超純水代替水樣做為空白校零。

3.結(jié)果與討論

(1)最大吸收波長的選擇

取質(zhì)量濃度為2.0mg/L的二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)使用液，按照實驗方法中的描述，對標(biāo)樣進行波長掃描。結(jié)果見圖1：

圖1 顯色溶液的吸收峰和波長關(guān)系

由圖1可知，顯色溶液的最大吸收波長在810nm處，在640～680nm處吸光度較為穩(wěn)定，考慮到本廠水質(zhì)二氧化硅測量范圍的適用性（UV1000紫外可見分光光度劑吸光度范圍為0.000～3.000，循環(huán)水、原水二氧化硅范圍＞20mg/L，吸光度過高會導(dǎo)致有效測量范圍變窄），因此選用波長為650nm為最佳吸收波長。

(2)酸度對二氧化硅含量測定的影響

取0.00～5.00mL硫酸溶液（3mol/L）按照實驗方法測定質(zhì)量濃度為2.00mg/L二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)使用液的吸光度，如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)硫酸溶液用量達到1.00mL時，顯色液的吸光度最大，繼續(xù)增加硫酸溶液用量，顯色液的吸光度急劇下降。這是因為，硅鉬酸分為α-型和β-型兩種形態(tài)，當(dāng)pH在3.8～4.8時，為α-型硅鉬酸；pH在1.0～1.3時，為β-型硅鉬酸[1-2]。β-型硅鉬酸生成硅鉬藍顯色后吸光系數(shù)大，穩(wěn)定性好，若繼續(xù)增加硫酸用量，會使硅酸聚合導(dǎo)致顯色不完全或不顯色[1]。因此實驗最終確定硫酸溶液的用量為1.00mL。

圖2 酸度對水中二氧化硅含量測定的影響

(3)抗壞血酸用量對水中二氧化硅含量測定的影響

取0.00～5.0mL抗壞血酸溶液按照實驗方法測定質(zhì)量濃度為2.00mg/L二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)使用液的吸光度，如圖3所示。

由圖3可知，隨著抗壞血酸用量增加，吸光度逐漸增大，當(dāng)抗壞血酸用量達到2.00mL時，硅鉬藍吸光度不再顯著增加。說明當(dāng)還原劑用量增加到2.00mL以后，體系中絕大部分的硅鉬黃均被還原成對光波敏感的硅鉬藍絡(luò)合物，進一步提高還原劑用量已無法顯著提高硅鉬藍絡(luò)合物的產(chǎn)生。因此，2.00mL抗壞血酸溶液為最佳選項。

圖3 抗壞血酸用量對水中二氧化硅含量測定的影響

(4)顯色時間對水中二氧化硅含量測定的影響

按照實驗方法測定質(zhì)量濃度為2.00mg/L二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)使用液的吸光度隨時間的變化，如圖4所示。由圖4可知，隨時間增長，吸光度不斷上升，當(dāng)顯色時間達到15min后吸光度不再有明顯變化，顯色反應(yīng)已基本結(jié)束。同時，吸光度在試驗范圍內(nèi)沒有出現(xiàn)下降趨勢，證明改進方法生成的絡(luò)合物很穩(wěn)定。因此，最佳的顯色時間為15min。

圖4 顯色時間對水中二氧化硅含量測定的影響

(5)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取質(zhì)量濃度為0.00～10.0mg/L的二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)使用液，用改進后的實驗方法以二氧化硅濃度（mg/L）對吸光度繪制工作曲線。如圖5：

圖5 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

線性回歸方程為：Y=0.009985X+0.0073，其中，X為二氧化硅的質(zhì)量濃度（mg/L），Y為吸光度，相關(guān)系數(shù)為0.9999。說明該方法具有良好的線性關(guān)系。

(6)準(zhǔn)確性與回收率

取5個鍋爐水樣按照優(yōu)化后的改進方法對水中二氧化硅的含量進行測定（分別做5個平行實驗），并在水樣中加入0.5mg/L二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)使用溶液做回收率實驗：

由表1可知，在測定實際水樣時，改進方法的RSD均小于2%，平行性良好，回收率均大于97%，可靠性高。

表1 準(zhǔn)確性與回收率

4.總結(jié)

（1）用抗壞血酸替代了1-氨基-2-萘酚-4-磺酸作為硅鉬藍分光光度法測量鍋爐水二氧化硅含量的還原劑，解決了1-氨基-2-萘酚-4-磺酸具有毒性、刺激性氣味等環(huán)境不友好問題。（2）通過對還原劑用量、酸度、顯色時間的考察，發(fā)現(xiàn)在波長650nm下實驗采用2%抗壞血酸2.00mL，硫酸（3mol/L）1.00mL，顯色時間15min時，具有最佳的反應(yīng)效果。在最佳條件下，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性相關(guān)系數(shù)達到了0.9999。（3）該方法的RSD均小于2%，平行性良好，回收率均大于97%，可靠性高。