PEO訓練方法

A. 蠶絲蛋白的提取工藝

1.蠶種場削口繭及下腳絲一絲素蛋白一水解一過濾提純一濾液pH測試調整一濃縮一滅菌一成品。
①削口繭、下腳絲去雜脫膠：即把蠶種場制種的削口繭殼內的脫皮或繅絲廠的下腳絲中的雜質剔除，然後在一定濃度的弱鹼溶液中煮沸半小時，取出繭絲用水漂洗幾次擰干(脫膠)。
②水解：嚴格控制反應的溫度、浴比、時間、溶劑濃度等條件，掌握至多肽的形式終止水解。
③過濾提純：濾去沒有完全水解的固體物質及雜質。
④pH調整：用pH調節劑調整pH在6．5~7．0左右。
⑤濃縮：把pH調整後的水解液上柱在薄膜濃縮器上進行濃縮。
⑥滅菌：(濃縮後的水解蛋白液如在食品上應用用酶制劑繼續酶解，控制分子量在300~800左右中止，然後滅菌。)加入微量防腐劑，以防黴菌的滋生。
2．蠶絲蛋白絲素肽產品技術、質量指標
絲素肽又名絲多縮氨酸(SILK Polypeplide)，其多肽鍵的基本結構為其中Rl、R2……R。為氨基酸側基。絲素肽含有十七種氨基酸，其中人體所需的氨基酸幾乎具備，特別是人體皮膚、毛發十分需要的營養氨基酸(甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、酪氨酸)其含量佔到氨基酸總量的80%以上，這是其他水解蛋白所不可及的。
2.1技術指標：①外觀形狀：淡黃色透明液體，無特異氣味，易溶於水。②雙縮脲反應為陽性，紫外吸收光譜在波長200~240nm處有強吸收峰。③pH值6～7。④比重(d 2。o)1．000~1．050。⑨蛋白質含量：>/14%。⑥氨基酸：共17種，每ml中含87mg以上。⑦灰分：1%以下。⑧重金屬汞、砷、鉛分別在1ppm以下。⑨細菌總數(個/m1)≤10。⑩糞大腸桿菌、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌均不得檢出。
2.2質量指標：絲素肽是由天然蠶絲經特殊工藝提取而成，因此，氨基酸組成與含量是衡量產品質量的重要指標之一；而絲素肽分子量的大小與護膚功效的發揮又有著密切的聯系. [編輯本段]絲素蛋白材料改性的研究進展絲素蛋白是一種從蠶絲中提取的蛋白質，具有很好的生物相容性，能制備成膜、凝膠、微膠囊等多種形態的材料，由於它獨特的理化性能，目前絲素蛋白材料在生物醫學材料領域被廣泛的研究，如固定化酶材料、細胞培養基質、葯物緩釋劑、人工器官等等。為了提高絲素蛋白的性能，使其更好地應用於生物材料領域，近年來，國內外學者通過不同方法對絲素蛋白進行了化學修飾，取得了一些新的研究成果。本文概述了絲素蛋白材料改性在提高絲素蛋白材料的力學性能、熱穩定性等理化性質；改變絲素蛋白材料對葯物的釋放速度；賦予絲素蛋白材料抗血凝性、對細胞生長的調控性等方面的研究報道。 絲素膜是被研究得最早和最深入的絲素材料，它是由絲素溶液乾燥而得。經不溶化處理後的絲素膜脆性，是絲素膜的最大缺點。造成不溶化處理後的絲素膜脆性的主要原因是：絲素蛋白質大分子肽鏈上的肽鍵—CO—NH—中的C—N的鍵長為0.132nm，比C—N單鍵的鍵長0.147nm要短一點，比C=N雙鍵的鍵長0.127nm要長些，使肽鏈具有部分雙鍵的性質，剛性較大，影響了絲素蛋白質大分子主鏈的柔順性。在經不溶化處理過程中，絲素蛋白的結構會發生從任意捲曲到β結構的轉變。在絲素蛋白發生結構轉變後，側鏈與側鏈間、側鏈與主鏈間以及分子與分子之間可形成大量的氫鍵結合，產生大量的次級交聯點,使絲素蛋白質大分子更難以運動，致使絲素膜的柔軟性、伸長和彈性都較差。不少研究通過共混、接枝、交聯等方法，以提高和改良絲素膜的力學性能。
1.1共混改性
Freddi等曾報道過絲素蛋白/纖維素共混膜的性能。纖維素的加入可以有效地改變共混膜的力學性能。拉伸斷裂強度隨著纖維素的含量從20%起呈線性增加，斷裂伸長率則在20%～40%間急速增加，而後趨於緩和。含40%纖維素共混膜的柔韌度大約是純絲素膜的10倍。共混膜柔韌度的提高由多種因素促成，如纖維素的力學性能的影響；共混膜的吸濕性純絲素膜強，含水率的提高有利於絲素膜的柔韌度提高；相鄰絲素蛋白鏈和纖維素鏈在無定形區內的相互作用產生的影響等。
李明忠等曾報道過關於絲素/聚氨酯共混膜的力學性能的研究。結果表明，隨著聚氨酯所佔比例的提高，絲素/聚氨酯共混膜的斷裂伸長率明顯增大；當聚氨酯所佔比例大於40%時，斷裂伸長率增長速度明顯加快。當共混比例為50∶50時，斷裂伸長率從60.2%提高到226.2%。聚氨酯阻止了絲素蛋白質大分子鏈段間產生過多的氫鍵結合，降低了絲素的結晶度，增加了可自由伸展鏈段，加上聚氨酯主鏈本身具備很好的柔順性，所以共混膜的柔軟性、彈性明顯比純絲素膜好。
最近，美國學者也曾做過這方面的實驗。聚乙烯氧化物（PEO）是一種具有很好生物相容性的聚合體。他們在高濃縮的絲素溶液（8%）中加入不同比例的PEO溶液製成共混膜，發現加入2%的PEO可以提高膜的強度，而在其他濃度下膜的強度則降低。這種現象可以用相分離來解釋。PEO和絲素蛋白兩種聚合體發生相分離，阻止了絲素蛋白相內的相互作用。
當PEO含量達40%時，共混膜的斷裂伸長率可從原來的1.9%增加到10.9%，因此，PEO的加入有助於絲素蛋白柔韌性的提高。另外，研究還發現PEO能方便地從共混膜上萃取，因此，很容易控制膜的多孔性和表面粗糙程度。
王朝霞等人研究了絲素/聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）共混膜的制備方法和性能。結果表明，PVP與絲素蛋白共混後，可使共混膜增加伸長率、吸濕性以及透氣性，改善了絲素創面保護膜的性能和應用效果。共混膜的強度隨PVP含量的增加而有所降低。這是因為PVP是完全非晶態結構，其分子呈無規捲曲狀，故PVP的加入使共混膜的強度降低。共混膜的伸長率開始隨PVP的比例增加而下降，PVP/SF為2∶8時，伸長率較小，只有13%左右。而後伸長率又逐漸提高。PVP/SF為3∶7左右時，伸長率最大，可達18%以上。
關於絲素共混膜的研究還有絲素蛋白/海藻酸鈉共混膜[5]，絲素/明膠[6]等等，都不同程度地增強了絲素膜的強度和彈性。
1.2化學接枝改性
20世紀80～90年代，開展了較多的對絲素蛋白的接枝改性研究。劉劍洪等曾用四價鈰鹽作引發劑，引發絲素蛋白纖維接枝紫外吸收劑——2-羥基-4-丙烯醯氧二苯酮（HAOBP），雖然改善了絲素蛋白纖維的紫外穩定性能，且力學性能卻大幅度地下降[7]。為了解決這一問題，劉劍洪繼續採用「無引發劑聚合」法在絲素蛋白纖維表面接枝HAOBP的可行性。結果發現，這種接枝聚合方法是一種更為有效的改性方法。接枝0.6%HAOBP的絲素蛋白纖維，其熱穩定性及紫外穩定性均得到了顯著的改善，但力學性能沒有下降。
Tsukada等曾研究了甲基丙烯腈接枝絲素纖維後物理性能的改變。結果表明，隨著接枝物甲基丙烯腈的加入，絲素纖維的拉伸模量有所降低，這說明了接枝反應使得絲素纖維變得更加柔軟且有彈性。
除了家蠶絲的化學接枝外，還有其他蠶絲的接枝共聚。Tsukada等研究了酸酐對柞蠶絲的化學修飾。柞蠶絲經LiSCN預處理後，與酸酐發生醯胺化反應。有意思的是，無論LiSCN預處理還是醯胺化修飾，共聚物的物理性能和熱行為幾乎沒有發生變化，但是預處理後含水率有所增加，而醯胺化修飾後含水率卻線性下降。柞蠶絲的這些性能為聚合反應提供較寬的適用范圍，使得柞蠶絲很可能成為一種生物材料。
1.3化學交聯盧神州等以環氧氯丙烷和聚乙二醇（PEG）為原料，在鹼性催化下反應得到聚乙二醇縮水甘油醚（PEGO），作為制備絲素蛋白膜的交聯劑。隨PEG含量的增加，膜的拉伸斷裂強度和楊氏模量減小，斷裂伸長率增大、機械性能比純絲素膜有了明顯的提高 。閔思佳等發現用二縮水甘油基乙醚作為交聯劑所制備的絲素蛋白質凝膠（CFG）具有良好的強度和柔韌性。根據製作條件可達壓縮強度大於100g/mm2,壓縮變形率大於60%。另外，材料的力學強度跟絲素水溶液的濃度有關。4%（wt）的絲素蛋白質水溶液的各種凝膠的強度和變形率均小於7%（wt）濃度的各種凝膠。這是因為絲素蛋白質濃度低時，形成的三維網目的結合點稀疏，因此，凝膠強度較低。要得到高強度CFG，除了合適的交聯劑等外，還需有合適的絲素水溶液濃度。 閔思佳等曾測試了醯胺化修飾絲素材料對離子型化合物的吸附釋放性能的影響。結果表明：經修飾後絲素蛋白質的等電點為pH=6左右，而天然的為pH=4左右；與未修飾相比，經修飾的絲素膜對陽離子化合物的吸附量減少，對陰離子化合物的吸附量增加，而且經修飾的多孔絲素材料對陽離子化合物的釋放量增加，對陰離子化合物的釋放量則明顯降低。因此，認為用羧基醯胺化修飾的方法，可在一定程度上改變絲素材料對離子型化合物的吸收釋放性能。
另外，用甲殼素交聯絲素蛋白膜可以獲得半滲透聚合體網狀物，對離子和pH具有很好的敏感性，被期望用作人工肌腱。有人曾用含有磁小體的交聯殼聚糖絲素膜作為葯物緩釋材料來調控5-氟尿嘧啶葯物釋放情況和磁反應特性。結果表明，交聯殼聚糖絲素膜的釋放程度和誘捕效率比純甲殼素微球體要好得多，5-氟的釋放程度隨著交聯劑戊二醛濃度的增加而降低。 異丁烯醯基丙烯醯基磷酸膽鹼（MPC）是一種新合成的磷酸膽鹼聚合物。在沒有抗凝血劑的條件下，也能有效地阻止血凝的發生。把MPC聚合物接枝到絲素蛋白分子鏈上，可以很好地觀察到接枝物的抗血凝性。Furuzono等通過異丁烯醯基丙烯醯基異氰酸酯（MOI）使絲素蛋白和MPC聚合體相互接枝。通過測定血小板在MPC-SF上的粘附能力，與原始絲素SF相比，血小板粘附量有了明顯的減少。由此可以得出，經MPC修飾後的絲素材料的抗血凝性有所提高[17]。
此外，硫化絲素也具有很好的抗血凝性。它是通過絲素蛋白與硫酸或氯代硫酸在嘧啶溶液下反應所得。硫化後的絲素能延長血液凝固時間，並且隨著硫酸基團的增加，抗血凝性也有了明顯的提高。 絲素材料具有良好的生物相容性，可以用來做細胞培養基質。為了增強絲素蛋白材料的功能，如更強的抗菌抑菌性，調控細胞生長速度等，一些研究嘗試了化學改性的方法。
5.1絲素/低聚糖接枝物
N-乙炔-殼聚寡糖（NACOS）含有6個以上的單糖單元，具有很強的抗菌性和抗腫瘤性。將其接枝到絲素蛋白上後，並在0.6%殼聚寡糖/絲素接枝物（NACOS-SF）上培養大腸桿菌24h後發現，此接枝物上大腸桿菌的細胞數目並沒有明顯的增加，這就是低聚寡糖（COS）發揮了作用。因此，NACOS-SF可以起到抗菌抑菌的效果。
最近，Gotoh等報道了關於乳糖/絲素接枝物作為肝細胞粘附支架材料的研究。他們利用氰尿醯氯（CY）把乳糖接枝到絲素蛋白主鏈上，所得溶液製成膜，在其上培養肝細胞，結果發現細胞粘附能力是純絲素膜的8倍，與膠原相當；培養2d後，塗有接枝物的肝細胞形成的單層與膠原相比稍顯圓滑和集中，更有利於肝細胞的培養。
5.2絲素/聚合體接枝物
為評估材料的親水性，Gotoh等分別測定了聚乙二醇/絲素接枝物（PEG-SF）和絲素（SF）的水分含量和接觸角。結果發現，PEG-SF含水率達380%，而SF只有32%。這也說明了親水性PEG鏈接枝到絲素鏈上後，增加了水分含量，從而提高了絲素材料的親水性。
親水性的提高，可以帶來其他性能的改變。Gotoh等以PEG-SF作細胞培養基質，與SF對照，比較細胞的生長率。結果顯示，隨著時間的推移，SF上的培養細胞個數有了明顯的增加，而PEG-SF則幾乎沒有變化。從PEG-SF對細胞的低吸附性和低生長率上可以得出，PEG-SF可以調控細胞粘附的數量和生長速度。
經聚乳酸表面修飾過的絲素蛋白能夠提高造骨細胞與修飾後的膜之間的交互作用，促進細胞粘附和增值。
相類似的還有通過對精氨酸化學修飾，來影響對纖維原細胞的附著能力。 絲素蛋白材料具有良好的生物相容性，在生物醫用材料領域的應用前景甚廣。但是，純絲素蛋白材料的力學性能等尚未達到實用性的要求，而改性的研究是一種良好的途徑。
2014年11月20日，西南大學家蠶基因組生物學國家重點實驗室通過敲除Fib-H基因獲得空絲腺，蠶寶寶吐出人工合成蠶絲蛋白，人們或許可以穿上人工合成蠶絲做的衣服。

B. 任務硅酸鹽中二氧化硅的測定

實訓准備

岩石礦物分析

任務分析

一、硅酸鹽中二氧化硅含量的測定方法簡述

硅酸鹽中二氧化硅的測定方法較多，通常採用重量法（氯化銨法、鹽酸蒸干法等）和氟硅酸鉀容量法。對硅含量低的試樣，可採用硅鉬藍光度法和原子吸收分光光度法。測定方法如圖8-5所示。

圖8-5 二氧化硅測定方法

二、重量法

測定二氧化硅的重量法主要有氫氟酸揮發重量法和硅酸脫水灼燒重量法兩類。氫氟酸揮發重量法是將試樣置於鉑坩堝中經灼燒至恆重後，加氫氟酸-硫酸（或氫氟酸-硝酸）處理後，再灼燒至恆重差減法計算二氧化硅的含量。該法只適用於較純的石英樣品中二氧化硅的測定，無實用意義。而硅酸脫水灼燒重量法則在經典和快速分析系統中均得到了廣泛的應用。其中，兩次鹽酸蒸干脫水重量法是測定高、中含量二氧化硅的最精確的、經典的方法；採用動物膠、聚環氧乙烷、十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）等凝聚硅酸膠體的快速重量法是長期應用於例行分析的快速分析方法。下面重點介紹兩次鹽酸蒸干法和動物膠凝聚硅酸的重量法。

1.硅酸的性質和硅酸膠體的結構

硅酸有多種形式，其中偏硅酸是硅酸中最簡單的形式。它是二元弱酸，其電離常數K₁、K₂分別為10^-9.3和10^-12.16。在pH＝1～3 或pH＞13 的低濃度（＜1mg/mL）硅酸溶液中，硅酸以單分子形式存在。當pH＝5～6時，聚合速率最快，並形成水溶性甚小的二聚物。所以，在含有EDTA、檸檬酸等配位劑配合Fe^（Ⅲ）、Al、U^（Ⅳ）、Th等金屬離子以抑制其沉澱的介質中，滴加氨水至pH＝4～8，硅酸幾乎可完全沉澱。這是硅與其他元素分離的方法之一。

天然石英和硅酸鹽岩石礦物試樣與苛性鈉、碳酸鈉共熔時，試樣中的硅酸鹽全部轉變為偏硅酸鈉。熔融物用水提取，鹽酸酸化時，偏硅酸鈉轉變為難離解的偏硅酸，金屬離子均成為氯化物。反應式如下：

Na₂SiO₃＋2HCl→H₂SiO₃＋2NaCl

KAlO₂＋4HCl→KCl＋AlCl₃＋2H₂O

NaFeO₂＋4HCl→FeCl₃＋NaCl＋2H₂O

MgO＋2HCl→MgCl₂＋H₂O

提取液酸化時形成的硅酸存在三種狀態：一部分呈白色片狀的水凝聚膠析出；一部分呈水溶膠，以膠體狀態留在溶液中；還有一部分以單分子溶解狀態存在，能逐漸聚合變成溶膠狀態。

硅酸溶膠膠粒帶負電荷，這是由於膠粒本身的表面層的電離而產生。膠核（SiO₂）_m

表面的SiO₂分子與水分子作用，生成H₂SiO₃分子，部分的H₂SiO₃分子離解生成

和H^＋，這些

又吸附在膠粒的表面。交替的結構如圖8-6所示。

圖8-6 硅酸膠體結構

顯然，硅酸溶膠膠粒均帶有負電荷，同性電荷相互排斥，降低了膠粒互相碰撞而結合成較大顆粒的可能性。同時，硅酸溶膠是親水性膠體，在膠體微粒周圍形成緊密的水化外殼，也阻礙著微粒互相結合成較大的顆粒，因而硅酸可以形成穩定的膠體溶液。若要使硅酸膠體聚沉，必須破壞其水化外殼和加入強電解質或帶有相反電荷的膠體，以減少或消除微粒的電荷，使硅酸膠體微粒凝聚為較大的顆粒而聚沉。這就是在硅酸鹽系統分析中測定二氧化硅的各種凝聚重量法的原理。

2.硅酸蒸干脫水重量法

試樣與碳酸鈉或苛性鈉熔融分解，用水提取，鹽酸酸化後，相當量的硅酸以水溶膠狀態存在於溶液中。當加入濃鹽酸時，一部分水溶膠轉變為水凝聚膠析出。為了使其全部析出，一般將溶液蒸干脫水，並在溫度為105～110℃下烘乾1.5～2 h。再將蒸干破壞了膠體水化外殼而脫水的硅酸干渣用濃鹽酸潤濕，並放置5～10min，使蒸發過程中形成的鐵、鋁、鈦等的鹼式鹽和氫氧化物與鹽酸反應，轉變為可溶性鹽類而全部溶解，過濾，將硅酸分離出來。所得硅酸經沉澱洗凈後，連同濾紙一起放入鉑坩堝內。置於高溫爐中，逐步升溫，使其乾燥並使濾紙碳化、灰化，在升溫至1000℃灼燒1h，取出冷卻稱重即得二氧化硅的質量。

硅酸蒸干脫水時，硅酸沉澱完全的程度及其吸附包裹雜質的情況，與介質、酸度、鹼金屬氯化物濃度、攪拌情況、烘乾時間與溫度、過濾時的洗滌方法等有關。一般在鹽酸介質中並經常攪拌，嚴格控制烘乾時間和溫度。蒸干後，用鹽酸處理干渣時，過濾前加水稀釋，控制鹽酸濃度為18%～25%。

由於硅酸沉澱具有強烈的吸附能力，所以在析出硅酸時，總是或多或少地吸附有Fe^3＋、Al^3＋、Ti^4＋等雜質。為此，在過濾時必須採用正確的洗滌方法將雜質除去。首先，用熱的2%～5% 的鹽酸洗去Fe^3＋等雜質，然後再用熱水將殘留的鹽酸和氯化鈉洗去。

蒸干脫水時所生成的聚合硅酸的溶解度很小，但在100mL稀鹽酸溶液中仍可溶解相當於5～10mg二氧化硅的硅酸。因此，若進行一次蒸干脫水，只能回收97%～99% 的二氧化硅。為此，在經典的分析系統中進行兩次甚至三次蒸干脫水，再用光度法測定濾液中的硅。

二次鹽酸蒸干脫水所得硅酸，經過濾、洗滌、灰化、灼燒後所得的二氧化硅，即使嚴格控制操作條件，也難免含有少量雜質。因此，常將灼燒至恆重的殘渣再用氫氟酸和硫酸加熱處理，使二氧化硅呈四氟化硅揮發逸出後，灼燒稱重，以處理前後的質量之差為二氧化硅的凈重計算結果。加入硫酸的作用是：第一，防止四氟化硅水解；第二，使鈦、鋯、鈮、鉭等轉變為硫酸鹽，不至於形成沸點較低的氟化物而揮發逸出；第三，使氟離子結合成氟化氫揮發除去。

3.硅酸凝聚重量法

在硅酸凝聚重量法中，使用最廣泛的凝聚劑是動物膠。動物膠是一種富含氨基酸的蛋白質，在水中形成親水性膠體。由於其中氨基酸的氨基和羧基並存，在不同酸度條件下，它們既可接受質子，又可放出質子，從而顯示為兩性電解質。當pH＝4.7 時，其放出和接受的質子數相等，動物膠粒子的總電荷為零即體系處於等電態。在pH＜4.7 時，其中的氨基-NH₂與H^＋結合成-NH_3＋而帶正電荷；pH＞4.7 時，其中的羧基電離，放出質子，成為-COO^-，使動物膠粒子帶負電荷。

在硅酸介質中，由於硅酸膠粒帶負電荷，動物膠質點帶正電荷，可以發生相互吸引和電性中和，使硅酸膠體凝聚。另外，由於動物膠是親水性很強的膠體，它能從硅酸質點上奪取水分，以破壞其水化外殼，促使硅酸凝聚。

用動物膠凝聚硅酸時，其完全程度與凝聚時的酸度、溫度及動物膠的用量有關。由於試液的酸度越高，膠團水化程度越小，它們凝聚能力越強，因此在加動物膠之前應先把試液蒸發至濕鹽狀，然後加濃鹽酸，並控制其酸度在8mol/L以上。凝聚溫度控制在60～70℃，在加入動物膠並攪拌100次以後，保溫10min。溫度過低，凝聚速度慢，甚至不完全，同時吸附雜質多；溫度過高，動物膠會分解，使其凝聚能力減弱。過濾時應控制試液溫度在30～40℃，以降低水合二氧化硅的溶解度。動物膠用量一般控制在25～100mg，少於或多於此量時，硅酸將復溶或過濾速度減慢。

用動物膠凝聚的重量法，只要正確掌握蒸干、凝聚條件、凝聚後的體積，以及沉澱過濾時的洗滌方法等操作，濾液中殘留的二氧化硅和二氧化硅沉澱中存留的雜質均可低於2mg，在一般的例行分析中，對沉澱和濾液中二氧化硅不再進行校正。但是，在精密分析中需盡量要求做出必要的處理。另外，當試樣中含氟、硼、鈦、鋯等元素時，將影響分析結果，應視具體情況和質量要求做出必要的處理。

硅酸凝聚重量法測定二氧化硅，其凝聚劑除動物膠以外，還可以採用聚環氧乙烷（PEO）、十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）、聚乙烯醇等。

三、滴定法

測定樣品中二氧化硅的滴定分析方法都是間接測定方法。依據分離和滴定方法的不同分為硅鉬酸喹啉法、氟硅酸鉀法及氟硅酸鋇法等。其中，氟硅酸鉀法應用最廣泛，下面做重點介紹。

氟硅酸鉀法，確切地應稱為氟硅酸鉀沉澱分離-酸鹼滴定法。其基本原理是：在強酸介質中，在氟化鉀、氯化鉀的存在下，可溶性硅酸與氟離子作用，能定量的析出氟硅酸鉀沉澱，該沉澱在沸水中水解析出氫氟酸，可用標准氫氧化鈉溶液滴定，從而間接計算出樣品中二氧化硅的含量。其反應如下：

SiO₂＋2KOH→K₂SiO₃＋H₂O

岩石礦物分析

［SiF₆］^2-＋2K^＋→K₂SiF₆↓

K₂SiF₆＋3H₂O→2KF＋H₂SiO₃＋4HF

HF＋NaOH→NaF＋H₂O

氟硅酸鉀法測定二氧化硅時，影響因素多，操作技術也比較復雜。試樣的分解要注意分解方法和熔劑的選擇，氟硅酸鉀沉澱的生成要注意介質、酸度、氟化鉀和氯化鉀的用量以及沉澱時的溫度和體積等的控制，還要注意氟硅酸鉀沉澱的陳化、洗滌溶液的選擇、水解和滴定的溫度和pH以及樣品中含有鋁、鈦、硼等元素的干擾等因素。氟硅酸鉀法有關實驗條件的影響討論如下：

（1）試樣的分解。單獨稱樣測定二氧化硅，可採用氫氧化鉀作熔劑，在鎳坩堝中熔融；或以碳酸鉀作熔劑，在鉑坩堝中熔融。分析系統，多採用氫氧化鈉作熔劑，在銀坩堝中熔融。對於高鋁試樣，最好改用氫氧化鉀或碳酸鉀熔樣，因為在溶液中易生成比K₃AlF₆溶解度更小的Na₃AlF₆而干擾測定。

（2）溶液的酸度。溶液的酸度應保持在3mol/L左右。酸度過低易形成其他金屬的氟化物沉澱而干擾測定；酸度過高將使K₂SiF₆沉澱反應不完全，還會給後面的沉澱洗滌、殘余酸的中和操作帶來麻煩。

使用硝酸比鹽酸好，既不易析出硅酸膠體，又可以減弱鋁的干擾。溶液中共存的Al^3＋在生成K₃SiF₆的條件下亦能生成K₃AlF₆（或Na₃AlF₆）沉澱，從而嚴重干擾硅的測定。由於K₃SiF₆在硝酸介質中的溶解度比在鹽酸中的大，不會析出沉澱，即防止了Al^3＋的干擾。

（3）氯化鉀的加入量。氯化鉀應加至飽和，過量的鉀離子有利於K₂SiF₆沉澱完全，這是本法的關鍵之一。在操作中應注意以下事項：①加入固體氯化鉀時，要不斷攪拌，壓碎氯化鉀顆粒，溶解後再加，直到不再溶解為止，再過量1～2g；②市售氯化鉀顆粒如較粗，應用瓷研缽（不用玻璃研缽，以防引入空白）研細，以便於溶解；③氯化鉀的溶解度隨溫度的改變較大，因此在加入濃硝酸後，溶液溫度升高，應先冷卻至30℃以下，再加入氯化鉀至飽和。否則氯化鉀加入過量太多，給以後的過濾、洗滌及中和殘余酸帶來很大困難。

（4）氟化鉀的加入量。氟化鉀的加入量要適宜。一般硅酸鹽試樣，在含有0.1g試料的試驗溶液中，加入10mL KF·2H₂O（150g/L）溶液即可。如加入量過多，則Al^3＋易與過量的氟離子生成K₃AlF₆沉澱，該沉澱水解易生成氫氟酸而使結果偏高。

K₃AlF₆＋3H₂O→3KF＋H₃AlO₃＋3HF

注意量取氟化鉀溶液時應用塑料量杯，否則會因腐蝕玻璃而帶入空白。

（5）氟硅酸鉀沉澱的陳化。從加入氟化鉀溶液開始，沉澱放置15～20min為宜。放置時間短，K₃SiF₆沉澱不完全；放置時間過長，會增強Al^3＋的干擾。特別是高鋁試樣，更要嚴格控制。

K₃SiF₆的沉澱反應是放熱反應，所以冷卻有利於沉澱反應完全。沉澱時的溫度以不超過25℃為宜，否則，應採取流水冷卻，以免沉澱反應不完全，結果將嚴重偏低。

（6）氟硅酸鉀的過濾和洗滌。氟硅酸鉀屬於中等細度晶體，過濾時用一層中速濾紙。為加快過濾速度，宜使用帶槽長頸塑料漏斗，並在漏斗頸中形成水柱。

過濾時應採用傾瀉法，先將溶液倒入漏斗中，而將氯化鉀固體和氟硅酸鉀沉澱留在塑料杯中，溶液濾完後，再用50g/L氯化鉀洗燒杯2 次，洗漏斗1 次，洗滌液總量不超過25mL。洗滌時，應等上次洗滌液漏完後，在洗下一次，以保證洗滌效果。

洗滌液的溫度不宜超過30℃。否則，須用流水或冰箱來降溫。

（7）中和殘余酸。氟硅酸鉀晶體中夾雜的金屬陽離子不會干擾測定，而夾雜的硝酸卻嚴重干擾測定。當採用洗滌法來徹底除去硝酸時，會使氟硅酸鉀嚴重水解，因而只能洗滌2～3次，殘余的酸則採用中和法消除。

中和殘余酸的操作十分關鍵，要快速、准確，以防氟硅酸鉀提前水解。中和時，要將濾紙展開、搗爛，用塑料棒反復擠壓濾紙，使其吸附的酸能進入溶液被鹼中和，最後還要用濾紙擦洗杯內壁，中和溶液至紅色。中和完放置後如有褪色，就不能再作為殘余酸繼續中和了。

（8）水解和滴定過程。氟硅酸鉀沉澱的水解反應分為兩個階段，即氟硅酸鉀沉澱的溶解反應及氟硅酸根離子的水解反應，反應式如下：

K₂SiF₆→2K^＋＋［SiF₆］^2-

［SiF₆］^2-＋3H₂O→H₂SiO₃＋2F^-＋4HF

兩步反應均為吸熱反應，水溫越高、體積越大，越有利於反應進行。故實際操作中，應用剛剛沸騰的水，並使總體積在200mL以上。

上述水解反應是隨著氫氧化鈉溶液的加入，K₂SiF₆不斷水解，直到終點滴定時才趨於完全。故滴定速度不可過快，且應保持溶液的溫度在終點時不低於70℃為宜。若滴定速度太慢，硅酸會發生水解而使終點不敏銳。

（9）注意空白。測定試樣前，應檢查水、試劑及用具的空白。一般不應超過0.1mL氫氧化鈉溶液（0.15mol/L），並將此值從滴定所消耗的氫氧化鈉溶液體積中扣除。如果超過0.1mL，應檢查其來源，並設法減小或消除。例如，僅用陽離子交換樹脂處理過的去離子水、攪拌時用帶顏色的塑料筷子、使用玻璃量筒和許多劃痕的舊燒杯脫堝等，均會造成較大的空白值。

四、光度法

硅的光度分析方法中，以硅鉬雜多酸光度法應用最廣，不僅可以用於重量法測定二氧化硅後的濾液中的硅（GB/T176-2008 ），而且採用少分取濾液的方法或用全差示光度法可以直接測定硅酸鹽樣品中高含量的二氧化硅。

在一定的酸度下，硅酸與鉬酸生成黃色硅鉬酸雜多酸（硅鉬黃）H₈［Si（MO₂O₇）₆］，可用於光度法測定硅。若用還原劑進一步將其還原成鉬的平均價態為＋5.67 價的藍色硅鉬雜多酸（硅鉬藍），亦可用與光度法測定硅，而且靈敏度和穩定性更高。

硅酸與鉬酸的反應如下：

H₄SiO₄＋12H₂MoO₄→H₈［Si（Mo₂O₇）₆］＋10H₂O

產物呈檸檬黃色，最大吸收波長為350～355nm，摩爾吸光系數約為10³L/（mol · cm），此法為硅酸黃光度法。硅鉬黃可在一定酸度下，被硫酸亞鐵、氯化亞錫、抗壞血酸等還原劑所還原。

H₈［Si（Mo₂O₇）₆］＋2C₆H₈O₆→H₈［Si（Mo₂O₇）₄（Mo₂O₆）₂］＋2C₆H₆O₆＋2H₂O

產物呈藍色，λ_max＝810nm，ε_max＝2.45×10⁴L/（mol·cm）。通常採用可見分光光度計，於650nm波長處測定，摩爾吸光系數為8.3×10³L/（mol·cm），雖然靈敏度稍低，但恰好適於硅含量較高的測定。此法為硅鉬藍光度法。

該法應注意以下問題。

1.正硅酸溶液的制備

硅酸在酸性溶液中能逐漸聚合，形成多種聚合狀態。高聚合狀態的硅酸不能與鉬酸鹽形成黃色硅鉬雜多酸，而只有單分子正硅酸能與鉬酸鹽生成黃色硅鉬雜多酸，因此，正硅酸的獲得是光度法測定二氧化硅的主要關鍵。

硅酸的聚合程度與硅酸的濃度、溶液的酸度、溫度及煮沸和放置的時間有關。硅酸的濃度越高、酸度越大、加熱煮沸和放置時間越長，則硅酸的聚合現象越嚴重。如果控制二氧化硅的濃度在0.7mg/mL以下，溶液酸度不大於0.7mol/L，則放置8d，也無硅酸聚合現象。

2.顯色條件的控制

正硅酸與鉬酸銨生成的黃色硅鉬雜多酸有兩種形態：α-硅鉬酸和β-硅鉬酸。它們的結構不同，穩定性和吸光度也不同。而且，它們被還原後形成的硅鉬藍的吸光光度和穩定性也不相同。α-硅鉬酸的黃色可穩定數小時，可用於硅的測定，甚至用於硅酸鹽、水泥、玻璃等樣品的分析，其結果可與重量法媲美，但許多金屬離子將沉澱或水解。β-硅鉬酸因穩定性差而難用於分析。α-硅鉬酸和β-硅鉬酸被還原所得產物不同，α-硅鉬酸被還原後所得產物呈綠藍色，λ_max＝742nm，不穩定而很少採用；β-硅鉬酸的還原產物則呈深藍色，λ_max＝810nm，顏色可穩定8h以上，被廣泛用於分析。

硅鉬雜多酸的不同形態的存在量與溶液的酸度、溫度、放置時間及穩定劑的加入等因素有關，所以對顯色條件的控制也非常關鍵。

酸度對生成黃色硅鉬酸的形態影響最大。當溶液pH＜1.0時，形成β-硅鉬酸，並且反應迅速，但不穩定，極易轉變為α-硅鉬酸；當pH＝3.8～4.8時，主要生成α-硅鉬酸，且較穩定；當pH＝1.8～3.8時，α-硅鉬酸和β-硅鉬酸同時存在。在實際工作中，若以硅鉬黃（宜採用α-硅鉬酸）光度法測定硅，可控制pH＝3.0～3.8；若以硅鉬藍光度法測定硅，宜控制生成硅鉬黃（β-硅鉬酸）的pH＝1.3～1.5，將β-硅鉬酸還原為硅鉬藍的酸度控制在0.8～1.35mol/L，酸度過低，磷和砷的干擾較大，同時有部分鉬酸鹽被還原。近年有人實驗證明，採用赤黴素 - 葡萄糖 - 氯化亞錫為還原劑，在硝酸（0.2mol/L）介質中還原生成硅鉬雜多藍，λ_max＝801nm，ε_max＝1.28×10⁴L/（mol·cm），且還原速度快，穩定性較好。

同時，硅鉬黃顯色溫度以室溫（20℃左右）為宜。低於15℃時，放置20～30min；15～25℃時，放置5～10min；高於25℃時，放置3～5min。溫度對硅鉬藍的顯色影響較小，一般加入還原劑後，放置5min測定吸光度。有時在溶液中加入甲醇、乙醇、丙酮等有機溶劑，可以提高β-硅鉬酸的穩定性，丙酮還能增大其吸光度，從而改善硅鉬藍光度法測定硅的顯色效果。

3.干擾元素及其消除

與鉬酸銨作用形成同樣的黃色雜多酸，也能還原生成藍色雜多酸，因此在硅鉬藍光度法中採用較大的還原酸度，以抑制磷鉬酸和砷鉬酸的還原，而且有利於硅鉬酸的還原。]]

3＋會降低Fe^2＋的還原能力，使硅鉬黃還原不完全，可加入草酸來消除。鈦、鋯、釷、錫的存在，會由於生成硅鉬黃時溶液酸度很低，水解產生沉澱，帶下部分硅酸，使結果偏低，可加入EDTA溶液來消除影響。大量Cl^-使硅鉬藍顏色加深，大量

使硅鉬藍顏色變淺。

技能訓練

重量法檢測二氧化硅

（一）檢測流程

岩石礦物分析

（二）試劑配製

（1）動物膠溶液（1%）：取動物膠1g溶於100mL熱水（用時配製）。

（2）鹽酸洗液：密度1.19g/cm³，（3＋97）。

（3）氫氧化鈉：固體粒狀，分析純。

（三）操作要點

1.熔樣

稱取在105℃烘乾過的試樣0.5000g於鎳坩堝中，加入3～4g NaOH，然後放入已升至400℃的馬弗爐中，繼續升至700℃，熔融10min（熔融物呈透明體狀）取出稍冷，移入250mL燒杯中，加入熱水20mL（立即蓋上表面皿）並洗凈鎳坩堝（可用少許鹽酸清洗坩堝）。

2.測定

在提取溶液中加20～30mL 鹽酸，將燒杯移至水浴上（或低溫電熱板上）蒸干，蒸干後取下加20mL鹽酸，以少許水吹洗燒杯壁，在60～70℃保溫10min，加入10mL新配製的動物膠溶液（1%），充分攪拌後再保溫10min取下，加25mL熱水，以中速定量濾紙過濾，濾液收集在250mL容量瓶中，以熱鹽酸（3＋97 ）的洗液洗燒杯4～5次，並將沉澱全部移入濾紙內，然後用一小片濾紙擦凈燒杯，也移入漏斗內，沉澱繼續用鹽酸（3＋97 ）洗液洗至無鐵的黃色，以後即用熱水洗滌至無氯離子（用熱水洗8～10 次），濾液以水稀釋至250mL 刻度，搖勻，供測 Fe、Al、Ti、Ca、Mg、Mn、P等用。

將濾紙連同沉澱一起移入已恆重的瓷坩堝中，低溫灰化（馬弗爐中的溫度不得高於400℃）後繼續升溫至900～950℃灼燒1h，取出，稍冷，放入乾燥器中，冷卻半小時，稱重再灼燒至恆重。

3.數據處理

SiO₂質量分數按下式計算：

岩石礦物分析

式中：w（SiO₂）為SiO₂的質量分數，%；m₁為坩堝質量＋沉澱質量，g；m₂為坩堝質量，g；m為稱取試樣質量，g。

實驗指南與安全提示

試樣的處理。由於水泥試樣中或多或少含有不溶物，如用鹽酸直接溶解樣品，不溶物將混入二氧化硅沉澱中，造成結果偏高。所以，在國家標准中規定，水泥試樣一律用碳酸鈉燒結後再用鹽酸溶解。若需准確測定，應以氫氟酸處理。

用鹽酸浸出燒結塊後，應控制溶液體積，若溶液太多，則蒸乾耗時太長。通常加5mL濃鹽酸溶解燒結塊，再以約5mL鹽酸（1＋1）和少量的水洗凈坩堝。

脫水的溫度與時間。脫水的溫度不要超過110℃。若溫度過高，某些氯化物（MgCl₂、AlCl₃等）將變成鹼式鹽，甚至與硅酸結合成難溶的硅酸鹽，用鹽酸洗滌時不易除去，使硅酸沉澱夾帶較多的雜質，結果偏高。反之，若脫水溫度或時間不夠，則可溶性硅酸不能完全轉變成不溶性硅酸，在過濾時會透過濾紙，使二氧化硅結果偏低，且過濾速度很慢。為保證硅酸充分脫水，又不致溫度過高，應採用水浴加熱。不宜使用砂浴或紅外線燈加熱，因其溫度難以控制。

沉澱的洗滌。為防止鈦、鋁、鐵水解產生氫氧化物沉澱及硅酸形成膠體漏失，首先應以溫熱的稀鹽酸（3＋97）將沉澱中夾雜的可溶性鹽類溶解，用中速濾紙過濾，以熱稀鹽酸溶液（3＋97）洗滌沉澱3～4次，然後再以熱水充分洗滌沉澱，直至無氯離子為止。但洗滌次數也不能過多，否則漏失的可溶性硅酸會明顯增加。一般洗液體積不超過120mL。洗滌的速度要快（應使用長頸漏斗，且在頸中形成水柱），防止因溫度降低而使硅酸形成膠凍，以致過濾更加困難。

沉澱的灼燒。實驗證明，只要在950～1000℃充分灼燒（約1.5 h ），並且在乾燥器中冷卻至與室溫一致，灼燒溫度對結果的影響並不顯著。灼燒後生成的無定形二氧化硅極易吸水，故每次灼燒後冷卻的條件應保持一致，且稱量要迅速。灼燒前濾紙一定要緩慢灰化完全。坩堝蓋要半開，不要產生火焰，以防造成二氧化硅沉澱的損失；同時，也不能有殘余的碳存在，以免高溫灼燒時發生下述反應而使結果產生負誤差：SiO₂＋3C→SiC＋2CO↑。

氫氟酸的處理。即使嚴格掌握燒結、脫水、洗滌等步驟的分析條件，在二氧化硅沉澱中吸附的鐵、鋁等雜質的量也能達到0.1%～0.2%，如果在脫水階段蒸發至干，吸附量還會增加。消除吸附現象的最好辦法就是將灼燒的不純二氧化硅沉澱用氫氟酸＋硫酸處理。處理後，SiO₂以SiF₄形式逸出，減輕的質量即為純SiO₂的質量。