测定军用消毒包中活性白土的水合二氧化硅的研究

孙厚敬

(中国国检测试控股集团北京科技有限公司，北京 101102)

1 前言

1.1 活性白土的介绍和应用

活性白土是以膨润土为原料，通过酸化、漂洗、干燥等工艺得到的一种酸洗漂白土，具有强吸附性和阳离子交换性，具有良好的吸附脱色、催化性，是性能良好的脱色剂和催化剂载体[4]。广泛用于石油化工、医药、油脂化工、动植物油等的脱色和净化精制中[5]。同时活性白土因为其良好的吸附性还是我国军用消毒包的主要成分，广泛应用于我国军队特需药品中。

1.2 水合二氧化硅的产生与检测

活性白土活化程度是衡量其质量的指标之一，可通过定量活性白土中水合二氧化硅含量的方法来进行评测。水合二氧化硅是膨润土原矿活化过程中，Al2+被H+取代时的一种副产品。膨润土原矿中不含水合二氧化硅，天然漂土中含水合二氧化硅很低，但在活性白土中较高，因此可以作为原土活化程度的一个指标[1]。水合二氧化硅又名轻质二氧化硅，沉淀二氧化硅，主要成分是二氧化硅，白色无定形粉末，质轻而松散，分子式和结构式可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。水合二氧化硅为非晶态的二氧化硅，其化学性质较晶态二氧化硅活泼，因其具有较大的表面积，特别是表面结合的OH-，增加了非晶态二氧化硅的化学活性。可在常温下与苛性碱反应生成硅酸盐，反应方程如下SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O，故检测活性白土中的水合二氧化硅可通过此方法进行。

1.3 试验目的

在军用消毒包的相关测定标准中，水合二氧化硅是其质量优劣的重要检测项目，但是现行的军队特需药品检测标准中，对于水合二氧化硅这个指标的检测过程中试验重复性不好。本试验参考DZG 20-2-2011《岩石矿物分析》[2]以及JBT-(Q-2)-2006《军队特需药品标准》[3]中相关内容进行方法摸索与改良，旨在探究完善相关测定方法，提高试验效率与准确度。

2 试验部分

2.1 方法原理

活性白土中的水合二氧化硅经氢氧化钠溶液溶解，在0.05～0.20mol/L的盐酸介质中，硅酸根离子与钼酸铵生成硅钼杂多酸黄色络合物，以乙醇为稳定剂，提高试液酸度(0.3～1.2mol/L)，加入还原剂将其还原成硅钼蓝，在690nm处进行吸光度测定。

2.2 试剂与仪器

试剂：氢氧化钠溶液(3%)；对硝基苯酚溶液(1g/L)；氨水(1+9)；盐酸(1+9)；无水乙醇；钼酸铵溶液(30g/L)。

钼蓝显色液：称取20g草酸、10g硫酸亚铁铵置于盛有65mL硫酸(1+1)的烧杯中，加入适量水加热溶解，冷却后用水稀释至1 000mL，摇匀，过滤后使用。

硅标准溶液 (GSB 04-1752-2004(a))：1 000μg/mL。

分析天平：感量不大于0.000 1g；分光光度计(VIS-7220G)；磁力搅拌器；离心机。

2.3 分析步骤

试样200目过筛，粒度＜100μm备用；试样在105℃干燥2h，置于干燥器中冷却至室温；称取约0.1000g试样，置于100mL塑料烧杯中，加入3%氢氧化钠溶液30mL，在磁力搅拌器上搅拌30min，倒入离心管中进行离心，将离心后得到的上清液倒入100mL容量瓶中备用，再用3%氢氧化钠溶液20mL将离心管中的沉淀洗入原烧杯中，重复搅拌30min，倒入离心管中离心，将上清液合并倒入100mL容量瓶中，再用20mL去离子水将离心管中的沉淀洗入原烧杯中，搅拌5min，倒入离心管中离心，合并三次得到的上清液，用去离子水定容至标线，此溶液为试液A。

分取5.00mL试液A于100mL容量瓶中，加入1滴对硝基苯酚溶液，加水至约40mL，用氨水(1+9)中和至黄色，加入4mL盐酸(1+9)、5mL乙醇，摇匀，再加入10mL钼酸铵溶液，摇匀，放置20min后，再加入20mL钼蓝显色液，用水稀释至标线，摇匀，室温放置10min后，在波长690nm处进行吸光度测定。绘制标准曲线，计算标准曲线方程，计算分析结果。

标准系列溶液的配置：移取5mL硅标准溶液(1 000μg/mL)置于100mL容量瓶中，用水稀释至标线摇匀，此标液浓度为50μg/mL。

分别移取0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL 硅 标 准 溶 液 (50μg/mL)于100mL容量瓶中，加入1滴对硝基苯酚溶液，加水至约40mL，用氨水(1+9)中和至黄色，加入4mL盐酸(1+9)、5mL乙醇，摇匀，再加入10mL钼酸铵溶液，摇匀，放置20min后，再加入20mL钼蓝显色液，用水稀释至标线，摇匀，室温放置10min后，在波长690nm处进行吸光度测定。

2.4 分析结果计算

二氧化硅的含量以质量分数ω(SiO2)计，数值以10-2或%表示，按式(1)计算：

式中：m1——从标准系列曲线上所得待测溶液中二氧化硅的量(μg)；

Vs——试液总体积(mL)；

ms——称取试样质量(g)；

V1——分取试液体积(mL)。

3 结果与讨论

在活性白土中水合二氧化硅测定中有两个关键环节对结果影响较大，分别为水合二氧化硅的溶解与二氧化硅的比色，本次试验研究探究了不同参数条件对水合二氧化硅测定的影响。

3.1 水合二氧化硅溶解试验

在水合二氧化硅的溶解过程中，氢氧化钠的浓度(表1)与搅拌反应的时间(表2)对试验结果有着非常重要的影响。氢氧化钠浓度过高、反应时间过长会造成试剂的浪费，同时增加反应能耗，降低试验效率；反之，浓度过低、反应时间不够会导致反应不完全，水合二氧化硅不能完全溶出，导致试验数据不准确。因此，探究一个最佳反应时间和氢氧化钠的浓度在试验中非常重要。

表1 反应30min时不同浓度下SiO2的量

表2 不同反应时间得到SiO2的量

3.2 二氧化硅比色试验

本试验在二氧化硅的测定过程中，使用硅钼蓝分光光度法对样品中的水合二氧化硅进行测定。在显色过程中乙醇作为稳定剂加入，对硅钼黄优良好的稳定效果，一般在100mL比色体积中加入5mL即可，但是在显色温度较高时，乙醇易使局部钼酸还原呈浅蓝色，使加入还原剂后增加比色液的深度，导致试验数据出现偏离。如果不加入乙醇对于显色结果并无影响，但是显色后溶液颜色不能长久保持(表 3)。

表3 显色时间对乙醇的影响

4 结论

本试验根据活性白土特性，参考DZG 20-2-2011《岩石矿物分析》以及JBT-(Q-2)-2006《军队特需药品标准》中相关内容，对水合二氧化硅进行了测定，并对方法进行了摸索与改良，同时相对于已有的《军队特需药品标准》优化了操作流程，更加明确了具体的操作方法与反应时间，减少了因试验人员对于操作过程理解偏差引起的试验误差，并对过程中的关键步骤进行了具体的定量，同时对显色过程中因酸度、时间引起的误差进行了更好的控制，从而明显提高了试验的重复性和准确度，具体得到的试验结果如下。

(1)反应时间在到达20min后试验结果无明显变化。

(2)氢氧化钠浓度大于2%后反应30min时试验结果无明显变化。

(3)加入乙醇后显色效果可稳定48h以上，不加入乙醇显色2h以内可保持稳定。

最后，本次试验中因考虑到能耗和操作便利程度，皆选择室温20℃下进行，对于反应温度并未进行考察，但通过资料可知反应温度对水合二氧化硅与氢氧化钠反应速率也有影响，希望未来可以继续优化流程，适当改变反应温度提高试验效率。