一種用分光光度計測定橡膠中二氧化硅含量的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種測定橡膠中二氧化硅含量的方法，所述方法包括：將橡膠樣品進行灰化處理；向灰化處理的樣品中加入氫氧化鉀進行處理以將其中的硅轉化為可溶性硅酸鹽；然后在鹽酸介質中使含硅溶液與鉬酸銨反應；然后用硫酸亞鐵銨將上步反應產物還原為硅鉬藍，于700～880nm的設定波長處，測量其吸光度。本發(fā)明的方法適用于除含硅橡膠以外的所有橡膠。
【專利說明】一種用分光光度計測定橡膠中二氧化硅含量的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測定橡膠中的二氧化硅含量的方法，更具體而言，涉及一種利用分光光度計使用硅鑰藍法測定橡膠中的二氧化硅含量的方法。
【背景技術】
[0002]二氧化硅廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構成了巖石。天然存在的二氧化硅也叫硅石，是一種堅硬難熔的固體。石英的主要成分也是二氧化硅，透明的石英晶體，就是我們常說的水晶。二氧化硅的用途很廣，目前已被使用的高性能通訊材料光導纖維的主要原料就是二氧化硅。一般較純凈的石英可用來制造石英玻璃。石英玻璃常用于制造耐高溫的化學儀器。水晶常用來制造電子工業(yè)的重要部件、光學儀器，也用來制成高級工業(yè)品和眼鏡片等。
[0003]目前，測定二氧化硅有五種方法，即:揮散法、重量法、硅鑰黃或硅鑰藍光度法、容量法和光譜法。若試樣中二氧化硅的含量在98%以上，應用氫氟酸揮發(fā)重量差減法(即揮散法)來測定SiO2含量；若試樣中二氧化硅的含量在20%?98%之間，可以用重量法來測定；若試樣中二氧化娃的含量在0.5-10%之間,可以用光度法來測定；若試樣中二氧化娃的含量在0.2%以上，可以用容量法來測定；若樣品中的二氧化硅含量低于0.2%時，就需選用光譜、質譜類儀器測定。
[0004]這五種測定二氧化硅含量的方法各有優(yōu)缺點，具體方法的選擇還要根據(jù)二氧化硅的含量，試樣礦物組成，精度要求，分析周期等等綜合考慮，制定出合適的測定方法。
[0005]隨著人們對綠色輪胎、環(huán)保輪胎、高性能輪胎的大量需求，白炭黑(水合二氧化硅)的應用越來越廣泛。白炭黑可以作為補強劑，可以和其它組分組成粘合體系，也可以作為某些添加劑的載體，主要應用于胎面、三角、帶束層等重要輪胎部位配方中，發(fā)揮著非常重要的作用，因此在輪胎配方剖析中，二氧化硅含量的準確快速測定也越來越重要。
[0006]目前在橡膠行業(yè)中普遍采用的測量橡膠中二氧化硅含量的方法是ASTMD297-1993 (2006)橡膠制品的標準試驗方法-化學分析(Standard Test Methods forRubber Products-Chemical Analysis)和 GB/T 18174-2000 橡膠中二氧化娃含量的測定。前者是采用揮散法，后者是采用揮散法和硅鑰藍光度法相結合。后者在前者的基礎上，增加了試樣中可溶性硅酸鹽的檢測，提高了準確度，但仍存在以下缺點:(I)需要分別測定不溶性二氧化硅和可溶性硅酸形式的二氧化硅，引入了 2個分量，誤差較大；(2)檢測過程復雜，操作繁瑣，耗時；(3)所用檢測器皿采用鉬坩堝，價格昂貴；(4)檢測過程中需要揮散出四氟化硅,對環(huán)境污染較大,對人體傷害較高。
[0007]因此，需要一種更簡潔、快速、準確、成本更低、對環(huán)境污染更小、對人體傷害更低的檢測方法。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的是建立一種快速有效測定橡膠中二氧化硅含量的方法。[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)明人開發(fā)出了一種測定橡膠中二氧化硅含量的方法，該方法適用于除含硅橡膠以外的所有橡膠。根據(jù)本發(fā)明的測定橡膠中二氧化硅含量的方法包括:將橡膠樣品進行灰化處理；向灰化處理的樣品中加入氫氧化鉀進行處理以將其中的硅轉化為可溶性硅酸鹽；然后在鹽酸介質中使含硅溶液與鑰酸銨反應；然后用硫酸亞鐵銨將上步反應產物還原為硅鑰藍，于700?880nm的設定波長處，測量其吸光度。
[0010]具體而言，根據(jù)本發(fā)明的測定橡膠中的二氧化硅含量的方法包括如下步驟:
[0011]1、繪制標準曲線
[0012]準確稱取基準二氧化硅于坩堝中，加入氫氧化鉀，加熱至全部熔融，加水浸取使其全部溶解，然后配制成二氧化硅標準溶液；
[0013]準確量取不同體積的二氧化硅標準溶液于容量瓶中，加入鹽酸使pH為約
1.0-1.5，加入鑰酸銨水溶液，靜置后加入硫酸亞鐵銨水溶液，定容，于700?880nm的設定波長處測定，繪制標準曲線；
[0014]2、樣品處理和測量
[0015]準確稱取試樣置于坩堝中，在550°C ±25°C下灰化完全，然后加入氫氧化鉀，加熱至全部熔融，加水浸取使其全部溶解，然后配制成樣品溶液；
[0016]準確量取樣品溶液于容量瓶中，加入鹽酸使pH為約1.0-1.5，加入鑰酸銨水溶液，靜置后加入硫酸亞鐵銨水溶液，定容，于700?880nm的設定波長處測定；
[0017]3、計算
[0018]根據(jù)樣品溶液吸光度值于標準曲線上計算得到樣品溶液中二氧化硅的濃度Ct ；
[0019]根據(jù)式(I)計算橡膠中二氧化硅的含量:
[0020]Si02%=CT*V*100/m 式(I)
[0021]Ct-檢測到的樣品溶液中二氧化硅的濃度，mg/L ；
[0022]V-樣品溶液的體積，L ；
[0023]m-橡膠的質量，mg。
[0024]在本發(fā)明方法中，氫氧化鉀用于將二氧化硅轉化為可溶性硅酸鹽，其用量為二氧化硅重量的約5-20倍，優(yōu)選為約8-10倍。
[0025]在本發(fā)明方法中，鹽酸用于將測試溶液的pH調節(jié)至約1.0-1.5，優(yōu)選為約1.2，使得將二氧化硅轉化為硅酸。優(yōu)選使用1:1的鹽酸。
[0026]在本發(fā)明方法中，鑰酸銨用于與硅酸反應，生成黃色可溶的硅鑰雜多酸[H4Si (Mo3O10)4]。鑰酸銨水溶液的濃度優(yōu)選為30g/L-50g/L，優(yōu)選鑰酸銨水溶液的濃度為約40g/L。
[0027]在本發(fā)明方法中，硫酸亞鐵銨用于將黃色可溶的硅鑰雜多酸[H4Si (Mo3O10)4]還原為硅鑰藍。1:2-1:6，優(yōu)選鑰酸銨與硫酸亞鐵胺的摩爾比為1:5。硫酸亞鐵銨水溶液的濃度為30g/L-50g/L，優(yōu)選硫酸亞鐵胺水溶液的濃度為約40g/L。
[0028]在本發(fā)明方法中，所述坩堝可以為任何合適的坩堝，例如鉬坩堝、鎳坩堝等，優(yōu)選為鎳坩堝。在鎳坩堝的情況下，可以降低成本。
[0029]本發(fā)明方法特別適合繪制標準曲線的二氧化硅標準溶液濃度范圍為5.0mg/L以下，優(yōu)選為0.1?5.0mg/L,特別適合測量的樣品溶液中二氧化硅的濃度為4.0mg/L以下，優(yōu)選為 0.1 ?4.0mg/L ο[0030]在本發(fā)明方法中，所述繪制標準曲線的步驟和樣品處理和測量的步驟的次序不受限制，例如可以先進行繪制標準曲線的步驟，再進行樣品處理和測量的步驟，也可以先進行樣品處理和測量的步驟，再進行繪制標準曲線的步驟，或者兩者同時進行。
[0031]在本發(fā)明方法中，優(yōu)選所用燒杯和容量瓶均為塑料制品，以避免玻璃中二氧化硅的污染。
[0032]在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明方法包括:
[0033]步驟1:二氧化硅標準儲備液的制備
[0034]準確稱取約0.1g基準二氧化硅于鎳坩堝中，加入Ig氫氧化鉀，在電爐上加熱至全部熔融，加水浸取使其全部溶解，轉移至IOOmL容量瓶中，定容搖勻以制備濃度約950mg/L?1100mg/L的二氧化硅標準儲備液；
[0035]步驟2:二氧化硅標準溶液的制備
[0036]準確移取IOmL 二氧化硅標準儲備液，定容至IOOmL容量瓶以制備濃度約95mg/L?110mg/L的二氧化硅標準溶液；
[0037]步驟3:二氧化硅標準曲線的繪制
[0038]準確量取0.0,0.5、L O、L 5,2.0,2.5mL 二氧化硅標準溶液于50mL容量瓶中，加入1:1鹽酸0.85mL,搖勻,加入鑰酸銨水溶液(40g/L) 5mL,搖勻,放置15min,然后加入硫酸亞鐵銨(40g/L)水溶液10mL，搖勻，定容，使用紫外-可見分光光度計于700?880nm的設定波長處測定，繪制標準曲線；
[0039]步驟4:稱取100.0mg-150.0mg剪細的試樣，精確至0.lmg，置于容量合適的鎳坩堝中，按GB/T 4498-1997A法在550°C ±25°C下灰化完全；
[0040]步驟5:冷卻后，加入Ig氫氧化鉀，余下操作和步驟I 二氧化硅標準儲備液的制備相同，得到樣品溶液；
[0041 ] 步驟6:取1.0mL步驟5中的溶液于50mL容量瓶中，加入1:1鹽酸0.83mL,搖勻，加入鑰酸銨水溶液(40g/L)5mL，搖勻，放置15min，然后加入硫酸亞鐵銨水溶液(40g/L) 10mL，搖勻，定容；
[0042]步驟7:啟動紫外-可見分光光度計，儀器穩(wěn)定至少半小時后開始測定。以標準曲線的O點為空白，蒸餾水為參比，在700?880nm的設定波長處，進行測定。
[0043]步驟8:計算二氧化硅含量
[0044]首先根據(jù)標準曲線計算樣品溶液中的二氧化硅濃度Ct，然后根據(jù)下面的公式計算橡膠樣品中的二氧化硅含量:
[0045]計算公式:Si02,%=CT*V*100/m
[0046]Ct-檢測到的樣品溶液中二氧化硅的濃度，mg/L ；
[0047]V-樣品溶液體積，L ；
[0048]m-橡膠的質量，mg。
[0049]有益效果:
[0050]將根據(jù)本發(fā)明的方法與目前的國標方法(GB/T 18174-2000)進行優(yōu)缺點分析，結果見表I。
[0051]表I
[0052]
【權利要求】
1.一種測定橡膠中的二氧化硅含量的方法，包括如下步驟: (1)、繪制標準曲線 準確稱取基準二氧化硅于坩堝中，加入氫氧化鉀，加熱至全部熔融，加水浸取使其全部溶解，然后配制成二氧化硅標準溶液； 準確量取不同體積的二氧化硅標準溶液于容量瓶中，加入鹽酸使pH為1.0-1.5，加入鑰酸銨水溶液，靜置后加入硫酸亞鐵銨水溶液，定容，于700~880nm的設定波長處測定，繪制標準曲線； (2)、樣品處理和測量 準確稱取試樣置于坩堝中，在550°C ±25°C下灰化完全，然后加入氫氧化鉀，加熱至全部熔融，加水浸取使其全部溶解，然后配制成樣品溶液； 準確量取樣品溶液于容量瓶中，加入鹽酸使PH為1.0-1.5，加入鑰酸銨水溶液，靜置后加入硫酸亞鐵銨水溶液，定容，于700~880nm的設定波長處測定； (3)、計算 根據(jù)樣品溶液吸光度值于標準曲線上計算得到樣品溶液中二氧化硅的濃度Ct ； 根據(jù)式(I)計算橡膠中二氧化硅的含量: Si02%=CT*V*100/m 式(I) Ct-檢測到的樣品溶液中二氧化硅的濃度，mg/L ； V-樣品溶液的體積，L ； m-橡膠的質量，mg。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中，步驟(1)和步驟(2)中氫氧化鉀用量均為二氧化硅重量的5-20倍。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其中，步驟(1)和步驟(2)中氫氧化鉀用量均為二氧化硅重量的8-10倍。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其中，鑰酸銨水溶液的濃度為30g/L-50g/L。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其中，硫酸亞鐵銨水溶液的濃度為30g/L-50g/L。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其中，所加入的鑰酸銨與硫酸亞鐵銨的摩爾比為1:2-1:6。
7.根據(jù)權利要求1的方法，其中，所述坩堝為鎳坩堝。
8.根據(jù)權利要求1的方法，其中，適合繪制標準曲線的二氧化硅標準溶液濃度范圍為5.0mg/L 以下。
9.根據(jù)權利要求1的方法，其中，適合測量的樣品溶液中二氧化硅的濃度為4.0mg/L以下。
10.根據(jù)權利要求1的方法，包括如下步驟: 步驟1:二氧化硅標準儲備液的制備 準確稱取0.1g基準二氧化硅于鎳坩堝中，加入Ig氫氧化鉀，在電爐上加熱至全部熔融，加水浸取使其全部溶解，轉移至IOOmL容量瓶中，定容搖勻以制備濃度為950mg/L~1100mg/L (實施例為1092mg/L)的二氧化硅標準儲備液； 步驟2: 二氧化硅標準溶液的制備 準確移取IOmL 二氧化硅標準儲備液，定容至IOOmL容量瓶以制備濃度約95mg/L~11 Omg/L的二氧化硅標準溶液；步驟3:二氧化硅標準曲線的繪制 準確量取0.0,0.5、1.0、1.5,2.0,2.5mL 二氧化硅標準溶液于50mL容量瓶中，加入1:1鹽酸0.85mL,搖勻，加入鑰酸銨水溶液(40g/L) 5mL,搖勻，放置15min，然后加入硫酸亞鐵銨(40g/L)水溶液10mL，搖勻，定容，使用紫外-可見分光光度計于700~880nm的設定波長處測定，繪制標準曲線； 步驟4:稱取100.0mg-150.0mg剪細的試樣，精確至0.lmg，置于容量合適的鎳坩堝中，按 GB/T 4498-1997A 法在 550°C ±25°C下灰化完全； 步驟5:冷卻后，加入Ig氫氧化鉀，余下操作和步驟I 二氧化硅標準儲備液的制備相同，得到樣品溶液； 步驟6:取1.0mL步驟5中的溶液于50mL容量瓶中，加入1:1鹽酸0.83mL,搖勻，加入鑰酸銨水溶液(40g/L)5mL，搖勻，放置15min，然后加入硫酸亞鐵銨水溶液(40g/L) 10mL，搖勻，定容； 步驟7:啟動紫外-可見分光光度計，儀器穩(wěn)定至少半小時后開始測定。以標準曲線的O點為空白，蒸餾水為參比，在700~880nm的設定波長處，進行測定； 步驟8:計算二氧化硅含量 首先根據(jù)標準曲線計算樣品溶液中的二氧化硅濃度CT，然后根據(jù)下面的公式計算橡膠樣品中的二氧化硅含量: 計算公式:Si02%=CT*V* 100/m` Ct-檢測到的樣品溶液中二氧化硅的濃度，mg/L ； V-樣品溶液體積，L ； m-橡膠的質量，mg。
【文檔編號】G01N21/31GK103674868SQ201310701115
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權日:2013年12月18日
【發(fā)明者】胡小娜, 李秋榮, 房彩琴, 宋傳全, 董棟 申請人:北京彤程創(chuàng)展科技有限公司