张嘉俊1 李波平1 陈远鸿1 陈少敏1 黄伟强1 曾广丰1 梁浩新1*

Study on the Selection of the Evaporating Vessel for the Determination of Soluble Silicon in Laboratory Water

ZHANG Jia-Jun¹ LI Bo-Ping¹ CHEN Yuan-Hong¹ CHEN Shao-Min¹

HUANG Wei-Qiang¹ ZENG Guang-Feng¹ LIANG Hao-Xin^1*

Abstract In order to find an evaporating vessel that can replace the platinum dish in the determination of soluble silicon in laboratory water, the glass beaker, stainless steel dish and polytetrafluoroethylene dish were studied by the National Standard silicon-molybdenum blue method, using laboratory water of both the first and the second grade. The results showed that the soluble silicon contents of the water samples evaporated by the glass beaker and the stainless steel plate were both higher than the 0.01 mg/mL silicon standard, which were also higher than that of the water sample evaporated by the platinum plate; however, the content of soluble silicon in the water sample evaporated by the polytetrafluoroethylene dish was lower than 0.01 mg/mL silicon standard, consistent with that of the water sample evaporated by the platinum dish, it showed that the effect of polytertrafluoroethylene dish was consistent with that of platinum dish. Furthermore, the difference of sample evaporation results between the polytetrafluoroethylene dish and the platinum plate was determined by ICP-AES, and the recovery rate of polytetrafluoroethylene dish samples was tested. Calculated by statistics of｜t｜＝1.17＜2.23＝t_0.05(10), so the assume was acceptable. It showed that there was no significant difference between the two methods. The calibration curves of compounds showed good linearity in concentration range of 0.04-1.0 mg/L (R²=0.995). The average recovery was between 92.0%-103.3% at three spiked levels(0.005 mg/L、0.015 mg/L、0.020 mg/L), while the relative standard deviations (RSD) was between 2.69%-3.52%. Through the above experimental verification, the platinum dish could be replaced by polytetrafluoroethylene dish in the evaporation experiment without affecting the experimental results, and thereby greatly reducing the detection cost.

Keywords soluble silicon; platinum dish; polytetrafluoroethylene dish; silicon-molybdenum blue method ; ICP-AES

第一作者：张嘉俊（1991—），男，汉族，广东广州人，本科，助理工程师，主要从事食品与化妆品检测，E-mail: 631257267@qq.com

通讯作者：梁浩新（1995—），男，汉族，广东广州人，本科，助理工程师，主要从事食品安全检测，E-mail: 1439360962@qq.com

1.广州海关技术中心 广州 510623

1. Guangzhou Customs Technology Center, Guangzhou 510623

在理化分析实验中最常用到的就是实验用水。实验用水的水质会直接影响到我们实验结果的可靠性，故根据实验用水的用途，实验用水的国标把实验用水分为一级水、二级水、三级水^[1]。而一级水、二级水的水质指标中有一项重要指标，那就是可溶性硅。天然水体中一般都含有溶解性硅，其来源于各种硅酸盐、硅铝酸盐的水解，以及各种氧化硅矿物的溶解^[2]。若实验用水中可溶性硅含量过高，则容易在高精度仪器内部形成硅酸盐水垢，损害仪器^[3]。实验用水一般由自来水通过蒸馏法、反渗透法、离子交换树脂法等方法制成^[4]，而自来水一般由天然水体净化得到，由于自来水水质对硅没有特殊要求，所以自来水中一般含有较多的可溶性硅。通过自来水制备实验用水时，由于方法的局限性，自来水中存在的可溶性硅不能完全去除，因此对实验用水中可溶性硅的成分检测很有必要。

目前测定水中硅的主要方法有：紫外分光光度计法^[5-7]、原子吸收光谱法^[8]、电感耦合等离子体发射光谱法^[9-10]等。因为实验用水中可溶性硅含量较低，不管采用何种方法检测，样品都需要蒸发浓缩，而《分析实验室用水规格和试验方法》中使用的蒸发容器为铂金皿。作为蒸发材料，铂金耐热性好、化学性质稳定，且其本身不含有硅，是较好的蒸发容器。但是铂金皿过于昂贵，250 mL的铂金皿质量约为250 g，一个铂金皿就需要数万元，成本太高。分析检测样品数量多的时候需要多个铂金皿，成本更高，不利于实验的开展。而且由于铂金皿价格昂贵，不能像其他玻璃仪器一样随意放置，需放置于保险柜等安全的地方。每次放置和取用都比较麻烦，不利于实验的进行。检测一级水时需蒸发520 mL样品，以250 mL铂金皿的容量需要分2次蒸发，降低了实验效率。现本文对其他蒸发容器进行探究并与国标方法的铂金皿进行比较，试图找到更好的替代品。通过对常用蒸发容器，如玻璃烧杯、不锈钢皿、聚四氟乙烯皿的实验探讨，寻找到聚四氟乙烯皿作为替代品。聚四氟乙烯具有良好的耐热性能^[11]，可以承受蒸发样液时的高温，同时使用聚四氟乙烯皿代替铂金皿可以提高实验效率、降低成本，而且聚四氟乙烯皿储存方便，比铂金皿更安全可靠。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 主要仪器

Milli-Q超纯水装置(美国Millipore公司) ，C-MAG HP10电磁炉（德国IKA公司），TW20恒温水浴箱（德国julabo公司），Optima 8000电感耦合等离子体发射光谱仪（美国PerkinElmer公司），玻璃烧杯、不锈钢皿、铂金皿、聚四氟乙烯皿等器皿购自广州联方实验器材有限公司。

1.1.2 试剂

一级水、二级水均符合实验室用水（GB/T 6682-2008）标准，实验中配制溶液和定容所用水均为一级水，因其硅含量极低，故配制溶液和定容带来的误差忽略不计。钼酸铵（分析纯）、草酸（分析纯）、硫酸（分析纯）、偏重亚硫酸钠（分析纯）、硝酸（优级纯）：广州化学试剂厂；对甲氨基酚硫酸盐（分析纯）：上海安谱实验科技股份有限公司；氩气（≥99.995%）：空气产品公司；可溶性硅标准品（100 μg/mL）：中国计量科学研究院；硅标准品（1000 μg/mL）：国家有色金属及电子材料分析测试中心。

1.1.3 标准溶液配制

可溶性硅标准溶液（0.01 mg/mL）：取可溶性硅标准品（100 μg/mL）用一级水稀释得到。

硅标液：取硅标准品（1000 μg/mL）用硝酸溶液（5+95）逐级稀释得出0 mg/L、0.04 mg/L、0.08 mg/L、0.10 mg/L、0.20 mg/L、0.50 mg/L、1.00 mg/L浓度的标准系列。

标准比色溶液：取0.50 mL可溶性硅标准溶液（0.01 mg/mL），用一级水稀释至20 mL后与同体积试液同步处理。

1.2 实验方法

1.2.1 用米吐尔还原-硅钼蓝比色法比较不同蒸发容器的差别

分别用玻璃烧杯、不锈钢皿、铂金皿、聚四氟乙烯皿取一级水520 mL、二级水270 mL蒸发至约20 mL,冷却至室温后，加入1.0 mL 50 g/L钼酸铵溶液，摇匀，放置5 min后，加入1.0 mL 50 g/L草酸溶液，摇匀，放置1 min后，加入1.0 mL 2 g/L对甲氨基酚硫酸盐溶液，摇匀，移入25 mL比色管中摇匀，于60℃水浴中保温10 min后，与1.1.3中的标准比色溶液进行比较，观察颜色不同。

1.2.2 用电感耦合等离子体发射光谱法筛选蒸发容器

（1）仪器条件

观测方法：垂直观测；功率：1150 W；等离子气流量：15 L/min；辅助气流量：0.5 L/min；雾化气气体流量：0.65 L/min；分析泵速：50 r/min；波长：251.611 nm。

（2）标准曲线

分别取0 mg/L、0.04 mg/L、0.08 mg/L、0.10 mg/L、0.20 mg/L、0.50 mg/L、1.00 mg/L浓度的硅标准溶液10 mL上机。

（3）使用铂金皿、聚四氟乙烯皿的一致性检验

分别用铂金皿、聚四氟乙烯皿取一级水520 mL蒸发至约20 mL，冷却至室温后，用一级水定容至25 mL后转移至塑料离心管保存，用电感耦合等离子体发射光谱法测定硅的含量从而确认可溶性硅的含量。对铂金皿、聚四氟乙烯皿的数据进行t检验，以进一步探究使用两种不同蒸发容器检验可溶性硅的差异性。

（4）使用聚四氟乙烯皿检验样品的加标回收

以上述一致性检验的水样为空白样品，分别加入相当于0.005 mg/L、0.015 mg/L、0.020 mg/L的可溶性硅标液，进行回收率和精密度实验。

2 结果与讨论

2.1 不同蒸发容器的差别

不同蒸发容器处理样品后溶液颜色与标准品比较结果见表1。由表1可见，使用蒸发容器处理同一样品，玻璃烧杯和不锈钢皿处理样品的溶液颜色都超过标准品，即这两种容器都会使样品的可溶性硅含量升高，故不可取用；而使用铂金皿和聚四氟乙烯皿处理样品的溶液颜色都不超过标准品，效果良好。

表1 不同蒸发容器处理样品后溶液颜色与标准品比较

Table 1 Comparison of solution color tested by different evaporation containers and standard

其他蒸发容器处理样品后溶液颜色与铂金皿处理样品后溶液颜色比较结果见表2。由表2可见，使用蒸发容器处理同一样品，玻璃烧杯和不锈钢皿处理样品的溶液颜色都超过铂金皿，即这两种容器效果都比铂金皿差，故不可取；而使用聚四氟乙烯皿处理样品的溶液颜色与铂金皿处理样品的溶液颜色一致，说明使用聚四氟乙烯皿与使用铂金皿的差别较小，使用聚四氟乙烯皿效果良好。

表2 其他蒸发容器处理样品后溶液颜色与铂金皿处理样品后溶液颜色比较

Table 2 Comparison of solution color tested by other evaporation vessels and the platinum plate

2.2 标准曲线

电感耦合等离子体发射光谱法测定硅含量的标准曲线见表3。由表3可见，目标物在0.04～1.0 mg/L浓度范围内线性良好，相关系数R²为0.995。

表3 标准曲线及相关系数

Table 3 Standard curve and correlation coefficient

2.3 使用铂金皿、聚四氟乙烯皿的一致性检验

使用铂金皿与聚四氟乙烯皿处理样品的一致性检验结果见表4。通过表4算得t检验统计量t＝1.17，对给定的显著水平α＝0.05，查表得显著性水平为0.05，自由度f为10时的t_0.05(10)＝2.23。统计量∣t∣＝1.17＜2.23＝t_0.05(10)，故不拒绝假设，即认为检测实验用水可溶性硅时使用铂金皿和使用聚四氟乙烯皿处理样品的测定结果无显著性差异。说明使用聚四氟乙烯皿替代铂金皿在检测上是完全可行的。

2.4 使用聚四氟乙烯皿检验样品的回收率与精密度

使用聚四氟乙烯皿检验样品的加标回收率和精密度数据见表5。由表5可见，在0.005 mg/L、0.015 mg/L、0.020 mg/L 3个添加水平下，平均回收率为92.0%～103.3%，相对标准偏差为2.69%～3.52%。说明使用聚四氟乙烯皿检验样品的加标回收结果令人满意。

3 结论

实验结果表明，检测实验用水中的可溶性硅时，使用聚四氟乙烯皿代替铂金皿作为蒸发容器，检测结果与使用铂金皿作为蒸发容器一致，而且具有较高的准确性。同时聚四氟乙烯皿价格较铂金皿便宜几百倍。使用聚四氟乙烯皿代替铂金皿可以有效地降低实验成本、节约费用。并且使用1000 mL聚四氟乙烯皿比使用250 mL铂金皿蒸发实验用水较为快速，可以有效提高实验效率。聚四氟乙烯皿相对铂金皿而言，无需特殊保管，取用更方便。

表4 使用铂金皿与聚四氟乙烯皿处理样品的一致性检验

Table 4 Consistency testing of samples treated with platinum and polytetrafluoroethylene dishes

表5 使用聚四氟乙烯皿检验样品的加标回收率和精密度

Table 5 The recovery and precision of the sample tested by the polytetrafluoroethylene dish

参考文献

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（文章类别：CPST-A）