注：本文原发表于《光谱实验室》2009年1月，如需PDF原文，请留下邮箱，注明所需文章即可。

吴冬梅；陈奕睿；屈海云；王安宝；何品

摘要：通过直接称取适量硅溶胶样品稀释于水中，采用超声配制成悬浮液，无需加入额外的分散剂，然后直接进样进行ICP—AES 分析，将所获得的结果与传统的样品处理方法所获得的测定结果进行比较，发现两种不同样品处理方法得到的分析结果相一致。该方法无需消解样品，避免了腐蚀性酸的使用，降低了对环境的危害，同时减少了预处理过程。方法的回收率在92%～103% 之间，且具有良好的准确度和精密度。

关键词：电感耦合等离子体—原子发射光谱法；硅溶胶；杂质；直接进样；

1　引言

硅溶胶（亦称硅酸溶胶）是一种古老的纳米材料。硅溶胶是硅酸的多分子聚合物的胶体溶液，外观多呈乳白色或淡青透明的溶液状。它是以无定形二氧化硅微粒为分散相，水或有机溶剂为分散介质所构成的多相分散胶态体系，其粒径处于5～100nm范围内。硅溶胶因具有较大的吸附性、较大的比表面积、较好的粘结性、良好的耐温性，目前已被广泛应用于纤维、油漆、陶瓷、耐火涂料等行业中；此外其在半导体硅晶片的抛光、矿物浮选和啤酒、葡萄酒酿造等工艺中也有应用。硅溶胶的性质比较复杂，SiO2 的浓度、粒子的大小、比表面积、体系的分散度、pH 值、温度、熟化程度及体系中微量组分的性质等因素都影响其性能。在硅溶胶的制备过程中，硅溶胶中的杂质会影响成核和结晶，从而影响其粒径大小、粘度、稳定性等。这些使得快速、准确测定硅溶胶中杂质的含量具有一定的实用价值。传统对硅溶胶分析多采用酸溶法对样品进行消解，需使用大量的氢氟酸、高氯酸、浓盐酸，操作繁琐，耗时长，样品容易受污染。针对硅溶胶具有纳米材料的特点，且已为稳定悬浮液体系，采用悬浮液直接进样ICP—A ES 分析其中的杂质元素，样品无需消解，减少预处理过程，简单、快速，测定结果与传统的酸溶法所得结果相一致。

2　实验部分

2. 1　仪器及工作条件

V ista A xial CCD Simultaneous ICP2A ES Spectrometer （美国V arian 公司），电感耦合检测器，色散系统为中阶梯光栅，同心型雾化器，频率为40. 68MHz，仪器由IBM 计算机和V arian’ sV ista 软件系统支持。操作条件：功率1. 20kW，雾化器压力200kPa，冷却气体流速15. 0L/m in，辅助气体流速1. 50L/m in，载气流速0. 80L/m in，氩气纯度为99. 99%，溶液提升量为1mL/m in。分析线的选择如表1 所示。

JEM 2100F 透射电子显微镜（日本电子株式会社）用于硅溶胶的TEM 图的测定。pH SJ24 型酸度计（上海雷磁仪器厂）用于pH 值测定。JL 2120 型超声振荡器（上海杰理科技有限公司）用于悬浮液的超声处理。

2. 2　试剂、标准溶液及试样制备

氢氟酸、盐酸、高氯酸、氨水均为优级纯或MOS 级，实验用水为去离子水。实验所用标准溶液由浓度为1000mg/L 单标准储备溶液（上海计量测试技术研究院）采用逐级稀释法配制成混合标准溶液。硅溶胶样品分别来自国内（1#）和国外（2#），准确称取1. 0000g 硅溶胶样品于100mL 的容量瓶中，用去离子水定容至刻度，超声15m in 后进行测定。

2. 3　比对实验

比对实验：准确称取1. 0000g 硅溶胶样品于铂金坩锅中，加入10mL HF 和2mL HClO4，加盖小火加热8h，加热冒烟直至溶液近干，冷却后加入5mL HCl, 溶解后定容至100mL。同时做空白试验。

3　结果与讨论

3. 1　分散介质及酸度的影响

介质影响溶液的粘度、表面张力从而改变进样速率，介质还会影响炬焰的燃烧性质进而改变原子化效率。硅溶胶较易分散于水和醇中，将硅溶胶分别分散于去离子水及不同浓度的异丙醇和丙三醇中，经超声处理后，直接进样测定各杂质元素的发射光谱强度（见图1）。结果表明，在不同浓度及种类的醇介质中，各杂质元素特征谱线的发射强度变化不大，且硅溶胶在以水为介质的体系中就可得到较满意的结果，故无需加入其他稳定剂。

鉴于硅溶胶通常在弱碱性介质中相对稳定，以HCl 或NH3·H2O 调节pH 在8～11 范围内考察酸度对被测定元素发射光谱强度的影响，发现所有杂质元素的相对强度变化不大，因而选择pH9 为硅溶胶分析体系的适宜酸度。

3. 2　硅溶胶粒度及均匀性的观察

样品粒径的大小以及悬浮液的均一性对悬浮液直接进样ICP—A ES 分析有着重要的影响。硅溶胶的粒径很小，处于5～100nm 范围内；透射电镜技术有很大的深度聚焦（大约为光学显微镜的300倍），可直接对粉体颗粒的形状和大小进行观测，除此之外，还可得到许多重要信息如颗粒的分散状态。利用透射电镜分别观察两个硅溶胶样品稀释前后的形状、大小和分散状态（图2），发现两种硅溶胶的粒径都在10～20nm 之间，且分布相对均匀，不存在团聚现象；同时也可以观察到，两个硅溶胶原样品（图2a/c）的粘度较大，如果不经稀释直接进样，可能导致进样系统的沾污，甚至等离子炬的熄灭。当把它们制备成1% 溶胶后（图2b/d），粘度明显减小，有利于进样的稳定，以及测定结果重现性的提高。

3. 3　方法的分析特性与应用

根据一系列条件实验，利用被测元素的混合标准溶液检验本方法的分析特性，结果发现所有被分析元素在一定的浓度范围内，发射谱线的强度与浓度之间均呈现良好的线性关系，相关系数等于0.9999。将该方法用于分别从国内外获得的两个硅溶胶样品分析，并与经常规酸消解处理样品后的测定结果比较，两种不同的样品处理方法所获得的结果基本一致（表2）。与传统的氢氟酸和高氯酸处理样品除去大量硅的制样方法相比，本文所提出的硅溶胶中杂质元素的分析方法，简单快速，避免了使用腐蚀性的酸，达到了对环境友好的目的。加入标准物质测定方法的回收率，果在92%～103% 之间，相对标准偏差也仅为0. 2%～3. 8%，因此本方法可以用于硅溶胶中杂质元素的分析测定。

4　结论

硅溶胶粒径通常处于5～100nm范围内，故可在不改变电感耦合等离子体发射光谱的进样和雾化系统的情况下就能用于硅溶胶悬浮液的直接测定，只需要水溶液校准曲线，简化了操作，避免了使用腐蚀性的酸，直接进样分析结果与使用酸溶方法制备成溶液的分析结果一致, 表明直接雾化进样ICP—A ES 分析可用于硅溶胶中杂质元素的分析。