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60 2023 年第 4 期 中国非金属矿工业导刊 总第 160 期【试验研究】二氧化硅定量分析常用方法对比探讨陈卫(中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队，辽宁 沈阳110032)【摘要】本论文提供了几种常用的二氧化硅测定方法的比较分析。通过介绍动物胶凝聚重量法、氢氟酸直接挥发法、氟硅酸钾容量法、硅钼蓝比色法和电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)的原理和步骤，详细分析了不同测试方法的优缺点、适用条件和检出限。通过本研究，能够更好地了解这些方法对于二氧化硅含量测定的适用性，有助于提高分析测试结果的准确可靠度。【关键词】动物胶凝聚重量法；氢氟酸直接挥发法；氟硅酸钾容量法；硅钼蓝比色法；电感耦合等离子体原子发射光谱法【中图分类号】P574.4 【文献标识码】A【文章编号】1007-9386(2023)04-0060-04Comparison of Common Methods for Quantitative Analysis of SilicaCHEN Wei(Liaoning Branch of China National Geological Exploration Center of Building Materials Industry,Shenyang 110032,China)Abstract:This paper provides a comparative analysis of several commonly used methods for silica determination.The principles and procedures of animal gel gravimetric method,hydrofluoric acid direct volatilization method,potassium fluosilicate volumetric method,silico-molybdenum blue colorimetric method and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry(ICP-AES)were introduced.The advantages and disadvantages,applicable conditions and detection limits of different test methods were analyzed in detail.Through this study,we can better understand the applicability of these methods to the determination of silica content,and help to improve analyze the accuracy and reliability of the test results.Key words:animal gelatin coagulation weight method;hydrogen fluoride direct volatilization method;potassium fluorosilicate volumetric method;silicomolybdic blue colorimetric method;inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy(ICP-AES).二氧化硅是自然界中一种重要的无机化合物，是石英、水晶等矿物晶体的主要组分，也是制作玻璃、电子元件、耐火材料、水泥、润滑剂等的重要原材料1。因此，准确测定矿石中二氧化硅含量对于工业、建筑、科研等领域的应用具有重要意义。目前，已经研发出多种二氧化硅含量分析方法，包括动物胶凝聚重量法、氢氟酸直接挥发法、氟硅酸钾容量法、硅钼蓝比色法、电感耦合等离子体原子发射光谱法等2。本文系统分析了不同测试方法的原理、操作步骤、适用条件、检出限等，有助于科研人员在不同试验需求和条件下对二氧化硅含量分析方法的正确选择，保证测试数据的科学性、准确性。1常用分析测试方法1.1 动物胶凝聚重量法动物胶凝聚重量法是一种常用的测定二氧化硅含量的分析方法，是一种适用范围较广、测试设备【作者简介】陈卫(1987-)，女，工程师，研究领域：金属与非金属矿、土壤、水质化学成分的测定，E-mail：。【引文格式】陈卫.二氧化硅定量分析常用方法对比探讨 J.中国非金属矿工业导刊,2023(4):60-63.简单的分析方法。(1)分析测试原理。动物胶凝聚重量法基于二氧化硅与动物胶凝聚反应形成的凝胶的重量变化来测定二氧化硅含量3。(2)测试方法步骤。称取研磨好的均匀试样 0.5g 于银坩埚中，用固体氢氧化钠做熔剂,将银坩埚放入高温炉中，从低温(通常不能高于 200以防止氢氧化钠温度骤然升高飞溅)升至 550并继续熔融 10min，取出冷却，用热水将银坩埚中的熔融样品脱至已洗净的烧杯中，用 3 4 滴盐酸冲洗埚壁，再用水洗净坩埚中的残留样品。往烧杯中加入盐酸 25mL，在低温电热板上蒸至近干(蒸的过干，会使铁、铝、钛等元素水解成难溶的碱式盐，使结果偏高；蒸的太湿，会导致硅酸脱水不完全，使结果偏低)后冷却、捣碎，加入 25mL 盐酸、10mL 含量为 1%的动物胶、少量去61离子水混匀，用中速滤纸过滤到 250mL 容量瓶中，用 1 99 盐酸洗涤烧杯 3 4 次，温水冲洗滤纸13 16 次。将洗涤后的滤纸放入已知质量的瓷坩埚中(容量瓶中的滤液定容混匀后用于其他元素的测定)，置于高温炉内从低温升至 950，再继续灼烧2h,取出放置干燥器中，待瓷坩埚温度降到室温称重并记录4，二氧化硅含量计算见公式 1。二氧化硅含量：w(B)%=(G1-G2)/G100 (1)式中：G1 灼烧后沉淀与坩埚重量之和(g)；G2 空坩埚重量(g)；G 称取样品重量(g)。1.2 氢氟酸直接挥发法当待测样品(如硅石样品)中二氧化硅含量很高时，可以用氢氟酸直接挥发法测定二氧化硅含量。(1)分析测试原理。氢氟酸直接挥发法的原理是通过氢氟酸与样品中的二氧化硅反应，使二氧化硅以气体的形式挥发出来。在该方法中，将样品与氢氟酸混合，在电热板上加热，样品中的二氧化硅与氢氟酸发生反应生成氟化硅酸气体5。挥发出气体中的二氧化硅含量可以通过适当的分析方法进行测定。(2)测试方法步骤。称取 0.5g 试样于已知重量的铂金坩埚中，将铂金坩埚放入 100以下的高温炉中，待炉内温度升至950时继续保持 1h，取出置于干燥器中冷却至室温并称重记录。向铂金坩埚中依次加入硝酸(浓度1 1)2mL，氢氟酸 10mL(硝酸和氢氟酸均为分析纯即可)，电热板上低温加热(注意控制电热板温度以防止铂金坩埚中的试样因受热过快溅出，导致测定结果不准)，当坩埚中的液体近干时再加 1 1 硝酸 5mL，蒸干。将铂金坩埚放置 100以下的高温炉中，升温至 950继续灼烧 1h，取出置于干燥器中冷却至室温后后称重，二氧化硅含量计算见公式2。二氧化硅含量：w(B)%=(G1-G2)/G100 (2)式中：G1 第一次灼烧后剩余样品加坩埚重量(g)；G2 氢氟酸分解后剩余样品加坩埚重量(g)；G 称取样品重量(g)。1.3 氟硅酸钾容量法氟硅酸钾容量法是一种通过滴定的方式测定二氧化硅含量的分析方法，根据酸碱指示剂颜色变化判定滴定终点，从而计算出二氧化硅含量。(1)分析测试原理。可溶性硅酸在强酸介质中，在钾离子作用下与过量氟离子反应，生成氟硅酸钾沉淀，沉淀经洗涤后在热水中水解生成氢氟酸，用氢氧化钠标准溶液滴定，根据消耗的标准溶液体积可以计算出样品中二氧化硅含量6-7。(2)测试方法步骤。称取试样 0.5g 于银坩埚中，样品上面覆盖一层氢氧化钠，置于高温炉中低温升至 550并继续保持10min，取出冷却，用热水将坩埚中的熔融样品脱至烧杯中，加入盐酸 25mL、1 1 硝酸 2mL，电热板加热至微沸、试液清亮时取下冷却，烧杯中液体移入 250mL 容量瓶中，定容摇匀。从容量瓶中吸取试液 50ml 于 250mL 烧杯中，加入硝酸 10mL，氯化钾1015g,搅拌均匀，加入氟化钾沉淀液10mL，混匀，15min 后通过快速滤纸过滤。用硝酸钾、氟化钾混合液冲洗烧杯并沿滤纸边缘冲洗残留物，直至滤液颜色变为紫色，将滤纸及其残留物转移回烧杯中，加入沸水(水中无二氧化碳)150mL 左右，酚酞指示剂 1mL，缓慢加入 0.15N 氢氧化钠标准溶液并不断摇匀，待烧杯中液体变成红色时滴定结束，记录此时所消耗的氢氧化钠标准溶液体积8。二氧化硅含量计算见公式 3。二氧化硅含量：w(B)%=(NVC15.02)/(G10)(3)式中：N 氢氧化钠标准溶液相当于二氧化硅的当量浓度；V 滴定结束时消耗的氢氧化钠标准溶液体积(mL)；C 碱溶制备液体积与吸取试液体积比值；G 称取样品重量(g)；15.02 二氧化硅的克当量。1.4 硅钼蓝比色法硅钼蓝比色法是一种基于化学反应产生的颜色变化来测定二氧化硅含量的方法。(1)分析测试原理。硅钼蓝比色法基于二氧化硅与硅钼蓝试剂在酸性条件下发生化学反应形成有色络合物。可以通过测量络合物溶液的吸光度来确定二氧化硅的含量9-10。(2)测试方法步骤。吸取碱溶制备液 5mL 于 100mL 容量瓶中，加入 1 9 盐酸 4mL，加入去离子水 40mL、无水乙醇 5mL，轻轻晃动容量瓶，再加入 3%钼酸铵溶液10mL，静置 15min 后加入钼蓝显色液 20mL，定容混匀；10min 后，在波长 680mm 处，用分光光度计进行比色11。二氧化硅含量计算见公式 4。陈卫：二氧化硅定量分析常用方法对比探讨62二氧化硅含量：w(B)%=(rC)/(G10)(4)式中：r通过标准曲线查得二氧化硅毫克数；C 碱溶制备液体积与吸取试液体积比值；G 称取样品重量(g)。分别吸取 0.1mg/mL 的硅标准溶液 0.0、0.5、1.0、3.0、5.0、7.0mL，标准系列的制备方法与上述样品制备方法相同，测得相应的吸光度值及对应的标准曲线见表 1、图 1。(1)分析测试原理。ICP-AES 的原理是基于电感耦合等离子体的产生和元素原子的激发发射。在高频电感耦合等离子体发生器中，通过电感耦合产生高温等离子体。样品溶液被雾化后进入等离子体中，在高温下，样品中的硅原子由基态变为激发态。激发态的硅原子在自行跃迁回至基态的过程中释放出特征的发射光。通过原子发射光谱仪测定发射光的强度，可以计算出硅元素的含量13。(2)测试方法步骤。将待测样品进行适当的预处理和溶解，以得到适合 ICP-AES 分析的样品溶液。将样品溶液进样至 ICP-AES 仪器，并设置正确的仪器参数。通过电感耦合产生高温等离子体，样品溶液以喷雾的形式进入等离子体中14。被激发的硅原子发射特征光，原子发射光谱仪测定硅特征发射光的强度，并记录下来。根据测定的发射光强度，可以得到二氧化硅含量。2测试方法对比分析2.1 特点对照根据实际需求和试验条件，选择恰当的分析方法对于准确评估矿石资源具有重要意义。在比较不同方法的优缺点和适用条件时，需要综合考虑分析准确性、灵敏度、多元素分析能力、操作难易度、仪器成本等因素。分析方法的优缺点以及适用条件见表 215。表 1二氧化硅标准系列硅标准溶液体积/mL 0.0 0.5 1.0 3.0 5.0 7.0对应的吸光度值 0.000 0.034 0.073 0.219 0.365 0.507图 1硅标准曲线1.5 电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)是一种快速的分析方法，该方法利用电感耦合等离子体产生高温等离子体，再通过原子发射光谱仪测定元素的特征发射线强度，从而确定元素的含量12。表 2不同分析测试方法特点对比分析方法名称动物胶凝聚重量法氢氟酸直接挥发法氟硅酸钾容量法硅钼蓝比色法ICP-AES优点仪器设备简单；成本较低仪器设备简单；成本较低准确度较高；适用于不同样品类型方法简单；适用于不同样品类型灵敏度高；选择性好；适用范围广；样品处理简单缺点精度不高；对多组分样品的处理和凝胶选择较为复杂对样品处理要求相对较高；需要注意安全操作耗时长；试剂种类较多；对样品预处理和操作人员能力要求较高易受到其他成分干扰；灵敏度相对较低需要复杂仪器设备和专业操作；成本较高适用范围二氧化硅含量较高的样品；快速测定且对结果精度要求不高二氧化硅含量很高；快速测定二氧化硅含量的样品需要高准确度二氧化硅测定；除了过低含量以外的所有二氧化硅含量测定低含量二氧化硅测定；快速测定二氧化硅含量的样品需要高灵敏度和多元素分析能力的二氧化硅测定检出限0.1%1%0.1%1%0.1%1%g/mLg/mL 或更低的范围内由表 2 可知，动物胶凝聚重量法、氢氟酸直接挥发法和硅钼蓝比色法均可用于快速测定二氧化硅含量，动物胶凝聚重量法测定低含量样品时精度不高，氢氟酸直接挥发法仅适用二氧化硅含量很高的情况，硅钼蓝比色法则适用于低含量的样品。氟硅酸钾容量法准确度较高，适用于各种样品类型(二氧化硅含量过低时精度可能不够)，但耗时长且对样品预处理要求高。ICP-AES 具有高灵敏度、高选择性和多元素分析能力，可以测定微量级别的二氧化硅样品，适用范围广，但需要复杂的仪器设备和专业操作人员，成本较高。2.2 测定数据对比探究选取已知二氧化硅含量的石英、长石、灰岩样品，二氧化硅含量分别为 98.51%、66.16%、3.76%，2023 年第 4 期 中国非金属矿工业导刊 总第 160 期63分别用动物胶凝聚重量法、氢氟酸直接挥发法、氟硅酸钾容量法、硅钼蓝比色法、ICP-AES 对其进行测定(为保证测定数据的可靠性，每种方法均在相同试验条件下测量两遍)，所获得的试验数据见表 3。比色法适用于二氧化硅含量较低的样品(含量低于10%)；ICP-AES 测定含量低于 20%的二氧化硅样品时结果较准确，测定高含量样品时检测结果偏差不能满足规范要求，在实际应用中可以使用与待测样品含量接近的标准样品进行标定，从而使测定结果满足规范要求。3结论本论文介绍了动物胶凝聚重量法、氢氟酸直接挥发法、氟硅酸钾容量法、硅钼蓝比色法、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)的测试原理和方法步骤，并通过几组试验数据说明了五种二氧化硅测定方法的适用条件。对各测试分析方法的优缺点、适用范围和检出限进行对比，为实际工作中测试方法的选择提供了依据。随着相关技术的发展和研究的深入，精度更高、检测速度更快的测定方法会不断出现，测试数据的准确度会不断提高。【参考文献】1 韩合军.石英岩中硅、铁、铝三元素快速分析 J.中国非金属矿工业导刊,2003(5):31-32.2 张 如 敏.硅 铝 胶 中 氧 化 铝 和 二 氧 化 硅 含 量 的 测 定 J.云 南 化工,2020,47(10):78-80.3 周均,刘晓利.动物胶聚集法测定钛精矿中二氧化硅研究 J.中国金属通报,2020(1):270-272.4 中华人民共和国国家发展和改革委员会.非金属矿物和岩石化学分析方法第 2 部分:JC/T 1021.2-2007S.北京:中国建材工业出版社,2007-12-01.5 王凤荣,刘芳美,张月琳,等.氢氟酸挥发法测定二氧化硅含量的优化分析 J.世界有色金属,2020(20):123-125.6 王娜,滕新华,王力强,等.酸溶氟硅酸钾滴定法测定铅锌矿中二氧化硅 J.冶金分析,2015,35(6):65-69.7 陈 红,段 园 红.石 英 砂 中 二 氧 化 硅 含 量 的 准 确 测 定 J.江 西 化工,2020,36(5):135-137.8 崔金娟,李丹莹,赵丽冰.氟硅酸钾容量法测硅的综合操作优化方案研究J.科技创新导报,2014(2):9-11.9 毛端平,何西平,杜建侠,等.硅钼蓝分光光度法测定湿法磷酸中的二氧化硅 J.中国无机分析化学,2017,7(1):72-74.10 王翠.硫酸亚铁铵还原硅钼蓝分光光度法测铁矿石中硅的含量 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3.58通过上表测得的数据可知：动物胶凝聚重量法测定长石样品最为准确，石英样品偏差稍大，灰岩样品由于二氧化硅含量较低，不适合此方法；氢氟酸直接挥发法测定石英样品结果准确度最高，长石样品结果偏高(长石样品中含有的结晶水和少量碳酸盐等也会挥发出去，被误计入二氧化硅含量)，灰岩样品中含有大量的碳酸盐，无法使用此方法；氟硅酸钾容量法测定石英样品偏差略大，灰岩样品两次结果波动较大，长石样品结果较准确，这是因为石英样品二氧化硅含量很高，滴定时取样体积较小，滴定系数较大，测定误差增加，灰岩样品二氧化硅含量过低，消耗标准液体积很小，滴定终点的判定对结果准确性影响较大，因此在选用此方法时需要根据样品中二氧化硅含量来确定取样体积，并且需要专业的技术人员进行操作(该方法需要主观判断滴定终点，操作人员经验及技术水平对结果影响很大)；硅钼蓝比色法测定灰岩样品结果最接近真实值，长石和石英样品偏差很大，这是因为硅钼蓝比色法测高含量二氧化硅样品时需要对样品进行稀释，导致误差被放大；ICP-AES 测定灰岩样品结果较准确，长石和石英样品结果超差；总的来说，动物胶凝聚重量法和氟硅酸钾容量可以测定含量 1%以上(含量过低时误差较大)的二氧化硅样品；氢氟酸直接挥发法仅适用于二氧化硅含量很高、含杂质很少的样品(含量在 96%以上)；硅钼蓝本刊 2023 年 6 月第 3 期刊发的广西某地方解石提纯试验研究（作者：王鸽，郭霞，赵琪，常艳菊）一文系基金项目，特补充如下：【基金项目】咸阳市重点研发计划“环保型非金属矿物功能净水材料研究开发”（编号：2021ZDYF-GY-0018）；咸阳市重点研发计划“节能环保功能型防火涂料关键制备技术项目”（编号：L2022-ZDYF-GY-007）；秦都区科技计划“功能矿物型土壤重金属污染治理材料制备关键技术研究”（编号：QK2022gy09）。信息陈卫：二氧化硅定量分析常用方法对比探讨关于已刊发文章的补充说明