关于硅钼蓝分光光度法测定锅炉水中二氧化硅的优化研究

＊侯屹婷

（晋能控股煤业集团广发化学工业有限公司 山西 037003）

1.概述

二氧化硅含量是工业锅炉水的重要水质指标。这是因为锅炉软化器很难去除原水中的SiO32-等阴离子，而这些阴离子会引发锅炉的腐蚀和结垢，导致锅炉水发沫和汽水共腾，缩短锅炉寿命甚至造成锅炉爆管事故[1-2]。因此锅炉水的二氧化硅含量对工业生产效率以及设备运行安全至关重要。国标中测二氧化硅的方法是硅钼蓝分光光度法，采用酸化后的钼酸铵溶液为显色剂，酒石酸溶液作掩蔽剂，用1-氨基-2-萘酚-4-磺酸做还原剂[2]，该方法具有成本低、灵敏度高的优点。但还原剂1-氨基-2-萘酚-4-磺酸微溶于水，有毒性和刺激性气味，对环境污染大。而抗坏血酸的还原剂性与1-氨基-2-萘酚-4-磺酸相似，不但对环境友好且同样经济方便。因此本文用抗坏血酸做为硅钼蓝分光光度法的还原剂对测量方法中的酸度、还原剂用量、显色时间进行探索，得到了最佳反应条件。并通过对实际锅炉水样二氧化硅含量的测定，验证了这是一种有效、准确性高的分析方法。

2.实验部分

(1)实验原理

在pH为1.1～1.3介质条件下，水中的可溶性硅与钼酸铵生成硅钼黄，用还原剂将硅钼黄还原为硅钼蓝，此蓝色的色度与水样中可溶性硅的含量成正比。磷酸盐对本法的干扰可加入酒石酸加以消除。

(2)仪器与试剂

UV1000紫外可见分光光度计，50mL比色管，10mm比色皿；超纯水、硫酸（3mol/L）、10%钼酸铵溶液、10%酒石酸溶液、2%的抗坏血酸溶液、二氧化硅储备液（1000μg/mL）、二氧化硅标准使用溶液（10μg/mL，按照GB/T 12149-2017配置）。

(3)实验方法取水样50.0mL加入硫酸（3mol/mL）溶液1.00mL，摇匀；立即加入10%钼酸铵溶液3.50mL，摇匀放置5min；加入10%酒石酸溶液2.00mL，摇匀，静置1min；加入抗坏血酸溶液2.00mL混匀，静置15min后，于650nm处用10mm比色皿，测量其吸光度，以超纯水代替水样做为空白校零。

3.结果与讨论

(1)最大吸收波长的选择

取质量浓度为2.0mg/L的二氧化硅标准使用液，按照实验方法中的描述，对标样进行波长扫描。结果见图1：

图1 显色溶液的吸收峰和波长关系

由图1可知，显色溶液的最大吸收波长在810nm处，在640～680nm处吸光度较为稳定，考虑到本厂水质二氧化硅测量范围的适用性（UV1000紫外可见分光光度剂吸光度范围为0.000～3.000，循环水、原水二氧化硅范围＞20mg/L，吸光度过高会导致有效测量范围变窄），因此选用波长为650nm为最佳吸收波长。

(2)酸度对二氧化硅含量测定的影响

取0.00～5.00mL硫酸溶液（3mol/L）按照实验方法测定质量浓度为2.00mg/L二氧化硅标准使用液的吸光度，如图2所示。

由图2可知，当硫酸溶液用量达到1.00mL时，显色液的吸光度最大，继续增加硫酸溶液用量，显色液的吸光度急剧下降。这是因为，硅钼酸分为α-型和β-型两种形态，当pH在3.8～4.8时，为α-型硅钼酸；pH在1.0～1.3时，为β-型硅钼酸[1-2]。β-型硅钼酸生成硅钼蓝显色后吸光系数大，稳定性好，若继续增加硫酸用量，会使硅酸聚合导致显色不完全或不显色[1]。因此实验最终确定硫酸溶液的用量为1.00mL。

图2 酸度对水中二氧化硅含量测定的影响

(3)抗坏血酸用量对水中二氧化硅含量测定的影响

取0.00～5.0mL抗坏血酸溶液按照实验方法测定质量浓度为2.00mg/L二氧化硅标准使用液的吸光度，如图3所示。

由图3可知，随着抗坏血酸用量增加，吸光度逐渐增大，当抗坏血酸用量达到2.00mL时，硅钼蓝吸光度不再显著增加。说明当还原剂用量增加到2.00mL以后，体系中绝大部分的硅钼黄均被还原成对光波敏感的硅钼蓝络合物，进一步提高还原剂用量已无法显著提高硅钼蓝络合物的产生。因此，2.00mL抗坏血酸溶液为最佳选项。

图3 抗坏血酸用量对水中二氧化硅含量测定的影响

(4)显色时间对水中二氧化硅含量测定的影响

按照实验方法测定质量浓度为2.00mg/L二氧化硅标准使用液的吸光度随时间的变化，如图4所示。由图4可知，随时间增长，吸光度不断上升，当显色时间达到15min后吸光度不再有明显变化，显色反应已基本结束。同时，吸光度在试验范围内没有出现下降趋势，证明改进方法生成的络合物很稳定。因此，最佳的显色时间为15min。

图4 显色时间对水中二氧化硅含量测定的影响

(5)标准曲线的绘制

取质量浓度为0.00～10.0mg/L的二氧化硅标准使用液，用改进后的实验方法以二氧化硅浓度（mg/L）对吸光度绘制工作曲线。如图5：

图5 标准工作曲线

线性回归方程为：Y=0.009985X+0.0073，其中，X为二氧化硅的质量浓度（mg/L），Y为吸光度，相关系数为0.9999。说明该方法具有良好的线性关系。

(6)准确性与回收率

取5个锅炉水样按照优化后的改进方法对水中二氧化硅的含量进行测定（分别做5个平行实验），并在水样中加入0.5mg/L二氧化硅标准使用溶液做回收率实验：

由表1可知，在测定实际水样时，改进方法的RSD均小于2%，平行性良好，回收率均大于97%，可靠性高。

表1 准确性与回收率

4.总结

（1）用抗坏血酸替代了1-氨基-2-萘酚-4-磺酸作为硅钼蓝分光光度法测量锅炉水二氧化硅含量的还原剂，解决了1-氨基-2-萘酚-4-磺酸具有毒性、刺激性气味等环境不友好问题。（2）通过对还原剂用量、酸度、显色时间的考察，发现在波长650nm下实验采用2%抗坏血酸2.00mL，硫酸（3mol/L）1.00mL，显色时间15min时，具有最佳的反应效果。在最佳条件下，标准曲线线性相关系数达到了0.9999。（3）该方法的RSD均小于2%，平行性良好，回收率均大于97%，可靠性高。