關(guān)鍵詞：紅外光譜儀 定量檢測 游離二氧化硅

        在電力、煤炭等行業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，粉塵中游離二氧化硅含量較高,粉塵的分散度也比較高，即多為呼吸性粉塵，因此對作業(yè)人員的危害較大，主要包括鼻炎、咽炎、氣管炎、支氣管炎等呼吸系統(tǒng)疾病。因此，加強(qiáng)對粉塵中游離二氧化硅含量的檢測是一件非常重要和緊迫的工作。以往檢測均采用“焦磷酸重量法”，該方法存在操作步驟復(fù)雜、使用試劑種類繁多、檢測周期長、準(zhǔn)確性差、試驗(yàn)室條件要求苛刻等一系列問題，難以滿足現(xiàn)場批量檢測的要求。為了提高檢測的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)批量檢測的目的，可選用FTIR920型傅立葉變換紅外光譜儀來檢測粉塵中游離二氧化硅含量。

檢測原理：

α-石英在紅外光譜中于 12.5μm（800cm-1）、12.8μm（780cm-1）及 14.4（694cm-1）μm處出現(xiàn)特異性強(qiáng)的吸收帶，在一定范圍內(nèi)，其吸光度值與α-石英質(zhì)量成線性關(guān)系。通過測量吸光度，進(jìn)行定量測定。

儀器配置：

制樣準(zhǔn)備：

1. 瓷坩堝和坩堝鉗；

2. 箱式電阻爐或低溫灰化爐；

3. 十萬分之一天平；

4. 200目過濾篩；

5. 濾紙、稱量紙 若干；

6. 無水乙醇；

7. 手套、脫脂棉、小藥勺、玻璃取樣瓶；

8. 游離二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)品(純度高于95%)；

9. 采集的粉塵樣品。

   
   

樣品的采集：根據(jù)測定目的，樣品的采集方法參見 GBZ 159 和 GBZ/T 192.2 或 GBZ/T 192.1，濾膜上采集的粉塵量大于 0.1mg 時(shí)，可直接用于本法測定游離二氧化硅含量。

測定：

1、樣品處理

準(zhǔn)確稱量采有粉塵的濾膜上粉塵的質(zhì)量（G）。然后將受塵面向內(nèi)對折 3 次，放在瓷坩堝內(nèi)，置于低溫灰化爐或電阻爐（小于 600℃）內(nèi)灰化，冷卻后，放入干燥器內(nèi)待用。稱取 250mg 溴化鉀和灰化后的粉塵樣品一起放入瑪瑙乳缽中研磨混勻后，連同壓片模具一起放入干燥箱（110℃±5℃）中10min。將干燥后的混合樣品置于壓片模具中，加壓25MPa，持續(xù) 3min，制備出的錠片作為測定樣品。同時(shí)，取空白濾膜一張，同樣處理，作為空白對照樣品。

2、石英標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

 精確稱取不同質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)α-石英塵（0.01mg ~1.00mg），分別加入250mg 溴化鉀，置于瑪瑙乳缽中充分研磨均勻，按上述樣品制備方法做出透明的錠片。將不同質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)石英錠片置于樣品室光路中進(jìn)行掃描，紅外軟件以 X 軸橫坐標(biāo)記錄 1000cm-1~600cm-1 的譜圖，在 900cm-1 處校正零點(diǎn)和 100%，以 Y 軸縱坐標(biāo)表示吸光度。

以 800cm-1、780cm-1 及 694cm-1 三處的吸光度值為縱坐標(biāo)，以石英質(zhì)量（mg）為橫坐標(biāo)，繪制三條不同波長的α-石英標(biāo)準(zhǔn)曲線，并求出標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程式。在無干擾的情況下，一般選用 800 cm-1標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析。

3、樣品測定

分別將樣品錠片與空白對照樣品錠片置于樣品室光路中進(jìn)行掃描，記錄800cm-1（或 694cm-1）處的吸光度值，重復(fù)掃描測定 3 次，測定樣品的吸光度均值減去空白對照樣品的吸光度均值后，由α-石英標(biāo)準(zhǔn)曲線得樣品中游離二氧化硅的質(zhì)量（m）。

計(jì)算 

按以下公式計(jì)算粉塵中游離二氧化硅的含量：

SiO2(F)= m/G× 100

公式中：SiO2（F）——粉塵中游離二氧化硅（α-石英）的含量，%；

m——測得的粉塵樣品中游離二氧化硅的質(zhì)量，mg；

G——粉塵樣品質(zhì)量，mg。

注意事項(xiàng)

1、本法的α-石英檢出量為 0.01mg；相對標(biāo)準(zhǔn)差（RSD）為 0.64%~1.41%。

2、粉塵粒度大小對測定結(jié)果有一定影響，因此，樣品和制作標(biāo)準(zhǔn)曲線的石英塵應(yīng)充分研磨，使其粒度小于 5μm 者占 95%以上，方可進(jìn)行分析測定。

3、灰化溫度對煤礦塵樣品定量結(jié)果有一定影響，若煤塵樣品中含有大量高嶺土成分，在高于 600℃灰化時(shí)發(fā)生分解，于 800cm-1 附近產(chǎn)生干擾，如灰化溫度小于 600℃時(shí)，可消除此干擾帶。

4、在粉塵中若含有粘土、云母、閃石、長石等成分時(shí)，可在 800cm-1 附近產(chǎn)生干擾，則可用 694cm-1 的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析。

5、為降低測量的隨機(jī)誤差，實(shí)驗(yàn)室溫度應(yīng)控制在 18℃~24℃，相對濕度小于 50%為宜。制備石英標(biāo)準(zhǔn)曲線樣品的分析條件應(yīng)與被測樣品的條件完全一致，以減少誤差。

      鋼在加熱過程中，其表層的鐵與爐氣中氧化性氣體O2、CO2、H2O、SO2等接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并生成氧化鐵皮，這個反應(yīng)叫鋼的氧化。根據(jù)氧化程度的不同，生成幾種不同的鐵的氧化物—FeO、Fe3O4、

Fe2O3。影響氧化的因素有：加熱溫度、加熱時(shí)間、爐氣成分、鋼的成分，這些因素中爐氣成分、加熱溫度、鋼的成分對氧化速度有較大的影響。

       Amine Alaoui Mouayd等人研究了鋼中高硅含量、1.6wt.% Si和3.2wt.% Si和高氧化溫度（850-1200℃）對尺度生長速率和形態(tài)的影響。鋼在15%潮濕的空氣中被氧化，具有較短的等溫氧化時(shí)間（15分鐘）。使用linseis的熱重分析儀（TGA）做氧化試驗(yàn)，非合金鋼的尺度增長率隨時(shí)間呈拋物線規(guī)律，是鐵擴(kuò)散控制的氧化。硅的存在通過在刻度/金屬界面上形成SiO2阻擋層而延遲生長，這種效應(yīng)對于含3.2wt.% Si的鋼更為重要，并且導(dǎo)致不連續(xù)的尺度。硅氧化物在規(guī)模/金屬界面上富集，其形貌取決于氧化溫度。對于低于950℃的溫度，形成二氧化硅。在950℃和1150℃之間，鐵橄欖石（Fe2SiO4）晶粒出現(xiàn)在鎢/鐵基體附近的尺度/金屬界面。對于高于1177℃的溫度，形成鐵橄欖石-方鐵礦共晶；這種熔融相有利于鐵擴(kuò)散，導(dǎo)致高尺度生長。冷卻后，在尺度/鋼界面上獲得了具有小方鐵礦晶粒的連續(xù)鐵橄欖石層。

圖1：15%℃潮濕空氣中Si00在900-1200℃氧化過程中的質(zhì)量增加。

圖2：（a）在15%℃潮濕空氣中Si16在溫度為900-1200℃氧化過程中的質(zhì)量增加。（b）放大Si16在鈍化期時(shí)的質(zhì)量增加。

（來源：林賽斯（上海）科學(xué)儀器有限公司）