Способ определения гидроксильных групп в двуокиси кремния

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСОУБЛИН ГОСУДАРСТВЕНН 11 Й НОМИТЕТ СССР00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЮ(56) 1. Кремний, двуокись аморФнаянормализованная гранулированная марки ОСЧ 14-4. ТУ 6 09 5016-82.2. НегЬег 1 пдгоп Е.,ДасК К., иайег1 п чанг.геоцв в 11 гса. Рагг. 1. 1 п 1 цепсеоЙ Иагег соцгепг оц гЬе ргореггхев оГчгггеоцв в 111 са. - РЬув 1 св апй СЬеа 1,вггу оЕ С 1 аввев, 1962, ч. 3, 7111Но 4, р. 129. 09 ИИею.С 01 Н 1/28; С 01 Н 21 59.(54) (57) СПОСОБ ОПРЙДЮБ 3 ГИДРОК-СИЛЬНЫХ ГРУПП В ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ пооптической плотности в области 36803700 см , о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью обеспечения анализа порощкообразной двуокиси кремния, исходный образец предварительновыдерживают в кварцевой оптическойкювете при 350-400 С в течение 2030 мин, охалждают, добавляют четыреххлористый углерод и для получения сус.пензии центрифугируют со скоростью2500-4000 об. мин. в течение 1015 мин,1 109Изобретение относится к аналитической химии, а именно спектрофотометрическим способам групп в порошкообразной двуокиси кремния, используемой в качестве сырья при получении особо чистого безгидрокснльного кварцевого стекла для волоконной оптики.Известен гравиметрический способ определения объемных гидроксильных групп в порошкообразной двуокиси О кремния по уменьшениюмассы образца при прокаливании от 1100 до 1300 С. .анализируетсяоколо 70 г растертой и просеянной двуокиси кремния, помещенной в платиновые чашки. Взвешива" 15 ние производится до и после прокалки образцов 1 .Однако при расчете количества уда лившихся гидроксильных групп приблизительно учитываются потери веса, 20 связанные с удалением углерода из образца и угаром платины из чашек, в которых ведется прокаливание, что является дополнительным источником погрешностей. 25Кроме того, выделение из образца при прокаливании различных газов заметно уменьшает точность известного способа.Считают, что выдержка образца призо 1300 С в течение четырех часов привоОдит к полному дегидрированию образца, однако даже при плавании, двуокиси крем. ния при 1750 С не происходит полногооудаления объемных гидроксильных групп Определить содержание оставшихся гид 5 роксильных групп данным способом не представляется возможным. Чувствитель. ность данного метода 0,04 мас,%, Ошибка определения составляет 1 Х. Этот метод является длительным (общее вре мя анализа составляет 12 ч), требует высокотемпературной аппаратуры, Кроме того, метод предусматривает использование дорогостоящих платиновых чашек.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ спектрофотометрического определения гидроксильных групп в объеме кварцевого50 стекла измерением оптической плотности полосы 3680-3700 см в инфракрасной области. Чувтствительность метода 2 10 мас,Е. Относительная ошибка составляет 15-207. 21.55Существенным ограничением известного метода является сложность подго" товки образца для исследования, Для 9226анализа используются плоскопараллельнше полированные пластины кварцевыхстекол толщиной 1-10 мм. Известныйметод не позволяет анализироватьпорошкообразные образцы,Основной сложностью примененияметода ИК-спектроскопии для анализагидроксильных групп в порошкообразной двуокиси кремния является сильное рассеяние ИК-радиации порошком.Порошок двуокиси кремния в количестве, необходимом для проведения анализа, практически непрозрачен вИК-области - пропускает всего 2-37ИК"радиации,Целью изобретения является обеспечение анализа порошкообразных образцов двуокиси кремния.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу спектрофотометрического определения гидроксильныхгрупп в двуокиси кремния, включающему выдерживание образцов в кварцевойоптической кювете при 350-400 С в течение 20-30 мин, охлаждение, добавление четыреххлористого углерода центрифугированием со скоростью 250014000 об/мин в течение 10-15 мин и фотометрирование суспензии в области3680-3700 смПри анализе гидроксильных групп впорошкообраэной двуокиси кремния методом ИК-спектроскопии необходиморегистрировать спектр образца толщиной в несколько миллиметров. Величину рассеянного порошком света удается свести к минимуму, если приготовить суспензию порошка исследуемоговещества в среде, имеющей наиболееблизкий к нему показатель преломления. Прозрачную в ИК-области суспензию порошкаобразной двуокиси кремниятакой толщины удается получить прииспользовании в качестве иммерсионной среды четыреххлористого углерода (й = 1,4631).Для применения иммерсионной методики с целью получения количественных данных по содержанию объемных гидроксильных групп в порошке двуокиси кремния используют кварцевую кювету с плоскопараллельными оптическими окошками из безгидроксильного кварцевого стекла. Геометрические размеры оптической части кюветы были измерены с точностью до 0,01 мм, Длина оптического пути в кювете составляла 1-2 мм.Такая кювета позволяла прогревать1099226 3образец в кювете при 350-400 С, гоотовить суспензию ЫО в СС 0, центрифугировать суспенэию и снимать спектрв области выше 2500 см . Толщина слоясуспензии при съеме ИК-спектра было 5точно определена и равняется оптическому пути кюветы,Основное требование к четыреххлористому углероду " отсутствие влаги,что контролируется методом ИК-спек" 10троскопии в кювете толщиной 10 мм,Соблюдение условий центрифугирования приводит к получению однород.ного слоя двуокиси кремния с четко .выраженной границей раздела фаз. Приэтом в образующейся суспензии отношение веса образца к объему суспензии составляет 0,7-1,4 г/см. Соблюдение этих условий (обработки образца перед съемкой спектра) уменьшаетошибку определения содержания объемных гидроксильных групп.Расчет содержания объемных гидрок.сильных групп в двуокиси кремния.Концентрация объемных гидроксильных групп в двуокиси кремния (мас.%)рассчитывается по формуле= 18 3 О Ио- оптическая плотность полосы поглощения объемныхгидроксильных групп Зб 80 З 53700 смв максимуме;М- мольный эквивалент гидроксильных групп (17 г),Е - коэффициент экстинкцииполосы 3680-3700 см40равный 77,5 л сммоль",- толщина слоя адсорбента,равная толщине кюветы,см,- кажущаяся плотность об 45разца в суспензии, (от,ношение веса образца кобъему суспензии), г/см .Вес образца определяют по разности веса кюветы с образцом и пустой кюветыОбъем суспензии находят, измеряя высоту слоя суспензии после центрифугирования в сантиметрах. Ширина и толщина слоя суспензии известны, так как кювета предварительно калибруется.5Для сравнения с результатами гравиметрического анализа (по потере веса образца при прокаливании) концентрично гидроксильных группможно пересчитать в концентрацию воды, которая выделилась бы при полном дегидроксилировании образца. Из формулы (1) при учете значений Ми Е получаютС, (мас,ф/,1=5,04 1 О= 183 О 3, - толщина кюветы, смфй - кажущаяся плотность суспензии, г(см,3Ошибка определения содержания гид"роксильных групп в порошке двуокисикремния составляет 15-20%. Пределчувствительности определения составляет 2 х 10.мас.%. Время анализадва часа.П р и м е р 1. Определение содер"жания гидроксильных групп в порошке,полученном размолом кварцевого стекла.В агатовой ступке тщательно расти"рают около 1 г порошка, полученногоразмолом кварцевого стекла, и частьего помещают в кварцевую кювету, тол-щиной 1, 1 мм (образец должен заполнять оптическую часть кюветы). Далееопределяют точный вес образца в кювете. Он составляет 0,335 г, Образецпрогревают при 400 оС в течение 20 мин,кювету закрывают шлифованной пробкойи охлаждают до комнатной температуры.После этого открывают кювету, залива"ют образец 1,5 мл СС 84 и,вновь закрывают кювету. Суспенэию в кювете центрифугируют в течение 10 мин со скоростью 4000 об/мин. Находят объемсуспензии. Он равен 0,25 см . Затем3определяют отношение веса образца кобъему суспензии. Оно составляет1,34 г/см . Далее записывают ИК-спектр3суспеизии в области 3000-4000 см иопределяют оптическую плотность в максимуме полосы 3680-3700 см . Она рав"на 0,275,Содержание объемных гидроксильныхгрупп в пересчете на воду в порошке,полученном размолом кварцевого стекла, определяют по формуле (2)-3 0 275С =5 04 х 10--- = 0 009 мас.%Н,о ф О, 111,34 фф эПосле трех параллельных опытов ошибка определения составила 11%.П р и м е р 2. Определение содер. жания гидроксильных групп в порошкообразной двуокиси кремния.После трех параллельных опытов ошибка определения составила 123.П р и м е р 3. Определение содержания гидроксильных групп в порошкообразной двуокиси кремния.Для анализа берется образец двуокиси кремния, прокаленный при1100 С в течение 7 ч, а затем при 1300 С в течение 4 ч, Определение25 ,количества объемных гидроксильных групп в термообработанном в таком режиме образце проводится согласно последовательности операций, описанной в примере 1. Время прогрева образца 30 25 мин, температура прогрева образца 25 мин, температура прогрева 375 С, Время центрифугирования 12 мин, ско.рость.центрифугирования 3300 об/мин. Известный способ определения содержания гидроксильных групп по потере веса при прокаливании является длительным и не даетдостоверных результатов, поскольку не учитывает значительное содержание гидроксильных групп в образце, прокаленном при 1300 С, причем получаемые величины содержания гидроксильных групп в образцах двуокиси кремния лежат на границе чувствительности метода. Составитель Г. ЦойТехред С,Легеза Корректор Л.Шеньо Редактор Р. Цицика Заказ 4362/35 Тираж 823 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 5 1099226 6Для анализа берут образец двуоки- Толщина слоя образца 0 20 см. Весоси кремния, прокаленной при 1100 С образца 0,470 г. Объем суспензиив течение 7 ч. Определение количест,45 см. с 1 = 1,05 г/см . 0 = 1, 1,ва объемных гидроксильных групп вобразце, обрабатанном при 1100 С,. проводится по схеме, описанной впримере 1. Время прогрева образца30 мин, температура прогрева 350 С.Время центр фремя центрифугирования 15 мин, ско"После трех параллельных опытовошибка определения составила. 147рость центрифугирования 2500 об/мин.,10Толщина слоя образЦа 0,20 см.Таким образом, предлагаемый споВес образца 0,445 г. Объем суспен 3 ,1 2 3 соб спектрофотометрического опредезии 0,62 см . с 1 = 0,72 г/см , 0 =1,5,ления гидроксильных групп дает воз 1 х 5 О 52можность определить содержание объемС=5,04 х 10 - в -=0,52 мас.7,0,20 0,72. ных гидроксильных групп в сильнорассеивающей ИК-радиацию порошкообраз. -ной двуокиси кремния, используемойв качестве сырья для получения безгидроксильного кварцевого стекла особой чистоты для оптического стекловарения с высокой чувствительностью