石英玻璃中羟基含量的准确测定.pdf

1、石 英 玻 璃 中 羟 基 含 量 的 准 确 测 定 孙 育 斌 欧 阳 葆 华(武 汉 工 业 大 学 测 试 中 心 430070) (荆 州 市 石 英 玻 璃 总 厂 434001)摘 要 介 绍 了 石 英 玻 璃 的 优 良 性 能 及 其 功 效 ,分 析 了 试 样 中 羟 基 (OH - ) 对 产 品 质 量 的严 重 影 响 。 作 者 经 过 大 量 实 验 ,摸 索 出 了 用 红 外 光 谱 技 术 对 石 英 玻 璃 中 的 羟 基 含 量 进 行 定量 测 定 的 方 法 ,此 法 准 确 度 高 、 重 现 性 好 、 简 便 快 速 。关 键 词 石 英

2、玻 璃 羟 基 红 外 光 谱Precise Determination of Hydroxy in Quartz GlassS un Y ubi n(Center of Material Research and Analysis ,Wuhan University of Technology)O uyang B aohua(Jingzhou Quartz Glass Factory)Abstract The excellent performance and function of quartz glass and the significant influence of hy2droxy

3、 on product s quality were reported in this paper. quartitative method of hydroxy in quartz glass was re2searched by IR. It was accurate , repeatable and rapid.Key words Quartz glass Hydroxy Infrared spectrum1 引 言石 英 玻 璃 是 由 单 纯 的 二 氧 化 硅 组 成 的 玻 璃 ,具 有 一 系 列 优 良 的 物 理 、 化 学 性 质 。石 英 玻 璃 的 生 产 按 工 艺

4、 方 法 的 不 同 可 分 为 4 种 :真 空 常 压 法 、 真 空 加 压 法 、 电 炉 连 续 熔融 法 (简 称 连 熔 法 )和 气 炼 法 。 真 空 常 压 、 真 空 加 压 法 由 于 成 本 高 而 极 少 使 用 ;电 炉 连 熔 法 具有 产 量 大 、 产 品 规 格 一 致 、 原 材 料 消 耗 低 、 生 产 周 期 长 的 特 点 ,目 前 ,已 成 为 我 国 电 光 源 行 业的 常 用 方 法 。采 用 电 炉 连 熔 法 生 产 石 英 玻 璃 时 ,为 了 防 止 钨 网 发 热 体 在 高 温 下 氧 化 ,必 须 采 用 氢 气 作为 保

5、护 气 体 ,同 时 利 用 氢 分 子 直 径 小 、 渗 透 能 力 强 的 特 点 ,将 原 料 高 纯 石 英 砂 熔 化 时 所 产 生的 气 泡 带 出 体 外 ,从 而 提 高 产 品 的 外 观 质 量 。 但 引 进 的 氢 气 极 易 与 二 氧 化 硅 中 的 氧 起 反 应生 成 羟 基 (OH - ) ,羟 基 含 量 的 多 少 直 接 关 系 着 卤 钨 灯 等 灯 管 的 使 用 寿 命 和 质 量 。 这 是 因 为灯 泡 在 点 燃 时 ,高 温 使 得 羟 基 从 管 壁 中 逸 出 到 灯 内 与 灯 泡 中 的 卤 素 循 环 剂 起 化 学 反 应

6、,生 成水 ,水 在 高 温 下 迅 速 分 解 成 氢 气 和 氧 气 ,氧 气 继 而 与 钨 反 应 生 成 氧 化 钨 ,在 高 温 下 立 即 蒸 发 ,并 在 较 冷 的 泡 壁 上 沉 积 下 来 ,使 泡 壁 发 黑 ,缩 短 灯 泡 的 使 用 寿 命 。 这 一 现 象 在 高 温 型 的 气 体放 电 灯 中 尤 为 普 遍 存 在 ,因 此 ,在 工 艺 中 ,必 须 对 石 英 玻 璃 进 行 脱 羟 处 理 ,使 其 达 到 国 家 的 产品 合 格 标 准 。 表 1 列 出 了 各 种 产 品 灯 管 中 羟 基 含 量 的 国 家 标 准 。72玻 璃 与 搪

7、 瓷 27 卷 1 期 1998 年 9 月 18 日 收 到 。表 1 各 种 产 品 羟 基 含 量 的 国 家 标 准 ( g/ g)灯 管 品 种 羟 基 含 量 (OH) 金 属 卤 化 物 灯 5汞 灯 8紫 外 杀 菌 灯 10H4 汽 车 灯 50如 何 准 确 地 监 测 石 英 玻 璃 中 的 羟 基 含 量 成 为 生 产 高 质 量 产 品 的 重 要 环 节 。 由 于 傅 里 叶变 换 红 外 光 谱 仪 ( FTIR)在 分 辨 率 、 检 测 速 度 、 精 度 等 各 方 面 明 显 优 于 色 散 型 红 外 分 光 光 度计 ,因 此 ,我 们 经 过 大

8、 量 实 验 ,摸 索 出 了 用 傅 里 叶 变 换 红 外 光 谱 技 术 来 测 定 石 英 玻 璃 中 羟 基含 量 的 方 法 ,不 破 坏 样 品 ,测 量 精 度 高 ,重 现 性 好 ,方 法 简 便 、 快 速 。2 实 验 过 程2. 1 试 样 制 备透 明 石 英 玻 璃 由 荆 州 市 石 英 玻 璃 总 厂 提 供 。 石 英 玻 璃 被 拉 制 成 石 英 玻 璃 管 ,继 而 被 切割 、 抛 光 成 镜 面 ,呈 圆 弧 形 ,长 度 4cm ,厚 度 0. 8 2. 0mm。2. 2 试 验 仪 器美 国 尼 高 力 仪 器 公 司 的 60SXB 型 傅

9、里 叶 变 换 红 外 光 谱 仪 ,可 测 波 长 范 围 为 2. 025 m ;扫 描 速 度 60 张 / min ;精 度 0. 5 %T。精 度 为 0. 01mm 的 千 分 尺 。2. 3 试 验 原 理 及 方 法本 方 法 是 根 据 石 英 玻 璃 中 的 羟 基 对 波 长 为 2. 73 m 光 的 吸 收 效 应 来 进 行 定 量 分 析 的 。由 朗 伯 比 耳 定 律 :A = lg I0I = d c C = 1 dlg I0I式 中 C 羟 基 的 含 量 , g/ gd 试 样 厚 度 ,cmI0 2. 73 m 处 基 线 到 零 线 的 距 离 ,m

10、mI 2. 73 m 处 吸 收 峰 到 零 线 的 距 离 ,mm 石 英 玻 璃 在 2. 73 m 处 的 摩 尔 吸 光 系 数经 过 实 验 测 出 2. 73 = 80. 1L mol - 1 cm - 1 ,因 此 ,得 出 计 算 式 为 :C = 96. 5 1d lg I0I所 以 ,只 要 通 过 红 外 光 谱 仪 绘 制 出 试 样 的 吸 收 曲 线 ,找 出 羟 基 的 红 外 特 征 吸 收 峰 ,准 确测 量 2. 73 m 处 基 线 和 吸 收 峰 到 零 线 的 各 自 距 离 ,即 可 计 算 出 产 品 中 羟 基 的 含 量 。3 结 果 与 讨

11、论3. 1 I0 和 I 的 测 量 方 法红 外 光 谱 仪 所 测 得 的 石 英 玻 璃 试 样 的 吸 收 光 谱 图 及 I0 和 I 的 测 量 方 法 如 图 1 所 示 。82 玻 璃 与 搪 瓷 27 卷 1 期3. 2 各 种 产 品 的 羟 基 含 量 比 较我 们 分 别 测 量 了 原 料 、 脱 羟 前 、 后 产 品 的 吸 收 谱 图 (见 图 2) ,其 羟 基 含 量 见 表 2。图 1 石 英 玻 璃 的 红 外 谱 图 图 2 三 种 产 品 的 红 外 谱 图a 原 料 b 脱 羟 前 c 脱 羟 后表 2 羟 基 含 量 比 较试 样 名 厚 度 (

12、mm) 羟 基 含 量 ( g/ g)原 料 1. 05 118. 4脱 羟 前 1. 20 50. 8脱 羟 后 1. 20 14. 6从 图 2 及 表 2 中 看 出 ,有 的 原 料 中 本 身 含 有 很 高 的 羟 基 ,而 这 种 羟 基 是 不 易 脱 去 的 ,因此 ,应 严 把 进 货 质 量 关 。 对 于 可 脱 羟 的 产 品 ,通 常 ,将 羟 基 含 量 高 的 石 英 玻 璃 置 于 高 温1100 下 2 4h ,即 可 脱 去 大 部 分 羟 基 ,使 产 品 达 到 用 户 要 求 。3. 3 测 量 精 度将 样 品 表 面 用 酒 精 棉 球 擦 拭

13、干 净 ,选 择 同 一 样 品 的 不 同 部 位 进 行 测 定 ,得 到 的 数 据 见 表3。表 3 测 量 的 标 准 偏 差测 量 次 数 OH 含 量 ( g/ g) 平 均 值 X ( g/ g) 标 准 偏 差 RSD( %)1 26. 052 25. 853 26. 054 26. 71 26. 11 0. 325 26. 486 25. 777 25. 908 26. 04由 实 验 知 :数 据 重 现 性 好 ,测 量 精 度 高 。 (下 转 第 18 页 )92玻 璃 与 搪 瓷 27 卷 1 期根 据 需 要 ,在 制 瓶 模 具 CAD 系 统 中 ,我 们

14、编 写 了 两 个 子 程 序 。图 5 数 据 库 操 作 流 程 读 一 给 定 记 录 号 的 记 录 ,并 将 所 有 数 据 写 入 一个 数 据 文 件 。函 数 :getrecord (char filename 13 ,unsigned longrnum ,char 3 txtname)这 里 filename 代 表 数 据 库 文 件 名 ,rnum 代 表 要 查的 记 录 号 ,txtname 代 表 文 本 文 件 名 。 读 特 定 记 录 的 特 定 字 段 内 容函 数 : getfield ( char filename 13 , unsigned longr

15、num ,char 3 fiedname ,double 3 ff ,char 3 ch10)这 里 filename 代 表 数 据 库 文 件 名 ,rnum 代 表 要 查的 记 录 号 ,fiedname 代 表 字 段 名 ,ff 代 表 数 型 数 ,ch10代 表 字 符 型 数 。数 据 库 操 作 的 流 程 见 图 5参 考 文 献1 李 志 刚 等 . 模 具 CAD/ CAM. 北 京 :机 械 工 业 出 版 社 ,19942 史 济 民 等 . Foxbase 及 其 应 用 系 统 开 发 . 北 京 :清 华 大 学 出 版 社 ,19943 徐 君 毅 等 .

16、 C 语 言 应 用 程 序 设 计 . 上 海 :复 旦 大 学 出 版 社 ,19934 谭 浩 强 . C 语 言 应 用 程 序 设 计 . 北 京 :清 华 大 学 出 版 社 ,19915 瓶 罐 用 玻 璃 模 具 . 天 津 市 企 业 标 准 .6 范 玉 青 . CAD 软 件 设 计 . 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ,19967 行 列 式 制 瓶 机 模 具 设 计 说 明 书 . 山 东 轻 工 机 械 厂 ,1980(上 接 第 24 页 )参 考 文 献1 (日 )作 花 济 夫 等 . 玻 璃 手 册 . 北 京 :中 国 建 筑 工 业 出 版

17、 社 ,19852 GB4546 - 84 玻 璃 瓶 罐 内 压 力 检 验 方 法3 GB4547 - 91 玻 璃 容 器 抗 热 震 性 和 热 震 耐 久 性 试 验 方 法4 GB6552 - 86 玻 璃 瓶 罐 抗 机 械 冲 击 试 验 方 法(上 接 第 29 页 )3. 4 结 论3. 4. 1 石 英 玻 璃 中 的 羟 基 含 量 (OH)直 接 影 响 着 产 品 的 使 用 寿 命 和 工 厂 的 经 济 效 益 ,因 此 ,在 工 艺 中 ,必 须 脱 去 羟 基 。3. 4. 2 红 外 光 谱 法 目 前 已 成 为 测 定 石 英 玻 璃 中 羟 基 含 量 的 最 简 便 、 有 效 的 方 法 。参 考 文 献1 白 玉 章 . 石 英 玻 璃 的 生 产 . 北 京 :中 国 建 筑 出 版 社 ,19852 南 京 玻 璃 纤 维 研 究 设 计 院 . 玻 璃 测 试 技 术 . 北 京 :中 国 建 筑 出 版 社 ,19873 干 福 熹 . 玻 璃 的 光 学 和 光 谱 性 质 . 上 海 :上 海 科 学 技 术 出 版 社 ,199281 玻 璃 与 搪 瓷 27 卷 1 期