CN110118739A - 一种玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法 - Google Patents

一种玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法 Download PDF

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Abstract

公开了玻璃中Fe2+和Fe3+含量测定方法,先测玻璃总铁含量,配制系列已知Fe2+和Fe3+含量比的且Fe含量与玻璃Fe含量相等或相近的标准溶液,测标准溶液A3,假设玻璃K(s)与标准溶液K(aq)相同,得A(s)Fe 3+与A(s)的回归方程,算出A(s),玻璃中Fe3+含量与Fe含量的理论比值kt=A(s)Fe 3+/A(s),假设玻璃K(s)与标准溶液的K(aq)相同,得到kt与A(s)Fe 3+/A(s)比值的回归方程,得到kt,根据K(aq)/K(s)/比值得玻璃与标准溶液的吸收系数换算值ε,得系列标准溶液的ε,找出A3与A(s)Fe 3+值最接近的标准溶液,该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM,得到玻璃中Fe3+与Fe含量实际比值k=ktM,得到Fe2+和Fe3+含量。

Description

一种玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法
技术领域
本发明涉及玻璃中铁含量检测方法技术领域,具体涉及一种玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法。
背景技术
在玻璃制造中,除颜色玻璃外,铁在玻璃成分中属于杂质,要严格控制铁含量。铁在玻璃中是以Fe2+和Fe3+两种价态存在,二者的比值与熔化成型有密切关系,而窑炉内的氧化还原气氛的变化,直接决定了二者比值的变化;二者比值变化对玻璃熔化质量也有影响。因为,玻璃中Fe2+能够强烈的吸收红外线,Fe3+能强烈的吸收紫外线,因此,二者比值的变化将直接影响玻璃液吸收热量多少的变化,造成玻璃液在窑池深度上的温度分布发生变化。例如,当Fe2+比例增大时,玻璃液吸收的热量增加,使窑炉内玻璃液一定厚度的不动层变为流动层,汇同成型流一起流入成型工序成形,其结果是不动层里的气泡以及不均质玻璃体扩散至流动层而流入成型工序,使玻璃板容易产生气泡、玻筋等缺陷,影响玻璃板面质量,进而也影响产量。所以,快速检测玻璃中Fe2+和Fe3+的含量或比例,对于玻璃的熔制工艺具有实际指导意义,更重要的是能及时反馈工艺信息并及时进行调整。
另一方面,对于盖板玻璃,以及光伏玻璃和超白玻璃等,对玻璃的光学性能要求很高,要求玻璃的透光率越高越好。在光学性能方面,铁在玻璃中属于杂质,直接影响玻璃的光学性能,杂质铁的存在使玻璃着色,Fe2+和Fe3+对光均有吸收,其中,Fe2+对光的吸收更为显著。而二者比值的变化将造成玻璃透光率的变化,为了更好控制玻璃中透光率,也需要测量出其中的二价铁、三价铁和总铁的含量或比值。
目前,常规的测试方法是湿化学法分析测试,将玻璃块研磨成细粉,烘干,然后再溶解处理成溶液,然后再用滴定法或比色法测得结果。整个分析过程复杂,工作量大,耗时长,一般用时在8小时左右。其中,对溶解处理的条件也有严格要求。要尽量避免溶液中的Fe2+被氧化为Fe3+,否则,将会产生很大误差。实际操作中,防止Fe2+被氧化为Fe3+的操作方法很难掌握,所测数据的准确性和重复性较差。用这种方法反馈生产信息周期长,一般不低于8小时,不能及时、准确的反馈玻璃中Fe2+与Fe3+含量比值的变化,生产工艺不能及时调整,延误问题对策时机,严重影响生产质量。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种玻璃中二价铁和三价铁含量的快速测定方法,本方法无需经过溶样,直接对玻璃片进行检测。本发明包括如下技术方案:
本发明提供一种玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,其包括:
首先测出所述待测玻璃中的总铁含量Fe(s),配制系列已知二价铁和三价铁含量比值的标准溶液,标准溶液总铁含量Fe(aq)与玻璃中总铁含量Fe(s)相等或相近;然后测出各标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3,假设玻璃吸收系数K(s)与所述标准溶液吸收系数K(aq)相同,得到玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+与玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)的回归方程,算出A(s);据比尔定律,玻璃中三价铁含量与铁含量的理论比值kt=A(s)Fe 3+/A(s),再次假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,从而得到kt与A(s)Fe 3+/A(s)比值的回归方程并将A(s)Fe 3+/A(s)的比值代入该方程,得到kt;再根据K(aq)/K(s)的比值得到玻璃与系列标准溶液的吸收系数换算值ε,找出系列标准溶液中A3与玻璃A(s)Fe 3+的值最接近的标准溶液,该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM;从而得到玻璃中三价铁含量与总铁含量实际比值k=ktM,进而得到二价铁和三价铁含量。
进一步地,本发明的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,包括下述步骤:
(1)由光谱分析法测出玻璃中的总铁含量Fe(s),配制一系列已知二价铁和三价铁含量比例的且总铁含量与玻璃中总铁含量相等或相近的标准溶液1~N,系列标准溶液中三价铁的含量Fe(aq) 3+记为(Fe(aq) 3+)1~(Fe(aq) 3+)N,系列标准溶液中二价铁和三价铁的总含量相等,即为标准溶液中总铁含量Fe(aq)
(2)分光光度计测得的系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3记为(A3)1~(A3)N,系列标准溶液中总铁在全波长下的最大吸收峰面积A(aq)记为(A(aq))1~(A(aq))N,根据比尔定律,得到式①:A3/A(aq)=Fe(aq) 3+/Fe(aq)
(3)利用分光光度计测得玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+,假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)与玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+的回归方程和A(aq)与A3的回归方程的形式相同,根据分光光度计测得的(A3)1~(A3)N以及式①得出的相应的(A(aq))1~(A(aq))N,得到A3与A(aq)的回归方程,从而得到A(s)Fe 3+与A(s)的回归方程②:
A(s)=a+b·A(s)Fe 3++x·(A(s)Fe 3+)2+y·(A(s)Fe 3+)3
式中,a、b、x、y均为拟合常数;
(4)利用方程②计算出玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s),由此,计算出玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+与玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)的比值,即A(s)Fe 3+/A(s)
(5)根据比尔定律,得出玻璃中三价铁含量Fe(s) 3+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt=A(s)Fe 3+/A(s),假设玻璃的吸收系数K(s)与标准溶液的吸收系数K(aq)相同,从而玻璃中的三价铁含量Fe(s) 3+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt与A(s)Fe 3+/A(s)的比值的回归方程与标准溶液的Fe(aq) 3+/Fe(aq)比值与A3/A(aq)比值的回归方程的形式相同;根据已知的系列标准溶液中三价铁与总铁的含量比值(Fe(aq) 3+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 3+/Fe(aq))N,分光光度计测得的(A3)1~(A3)N,以及式①得出的(A(aq))1~(A(aq))N,从而得出Fe(aq) 3+/Fe(aq)比值与A3/A(aq)比值的回归方程,从而得到kt与A(s)Fe 3+/A(s)比值的回归方程③:
kt=a1+b1·(A(s)Fe 3+/A(s))+x1·(A(s)Fe 3+/A(s))2+y1·(A(s)Fe 3+/A(s))3
式中,a1、b1、x1、y1均为拟合常数;
(6)据比尔定律,玻璃吸收系数K(s)的表达式④为:K(s)=A(λ)/(d(s)·Fe(s)),式中,A(λ)为玻璃对一单色光的吸光度;d(s)为玻璃厚度;
标准溶液的吸收系数K(aq)的表达式⑤为:K(aq)=A/(d(aq)·Fe(aq) 3+),式中,A为标准溶液对所述单色光的吸光度;d(aq)为标准溶液厚度;
(7)根据式⑥:ε=K(aq)/K(s)=(A·d(s)·Fe(s))/(A(λ)·d(aq)·Fe(aq) 3+ )),其中,A与A(λ)的比值A/A(λ)由A3/A(s)Fe 3+的比值开方得到,进而得到玻璃与标准溶液的吸收系数换算值ε;
(8)根据系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积(A3)1~(A3)N,得到系列吸收系数换算值ε,分别记为ε1,ε2,ε3,……εN,找出系列标准溶液中A3与玻璃A(s)Fe 3+的值最接近的标准溶液,该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM;或者,
根据系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积(A3)1~(A3)N,得到系列吸收系数换算值ε,分别记为ε1,ε2,ε3,……εN,所述玻璃A(s)Fe 3+的值介于两个标准溶液的A3值(A3)B和(A3)B+1之间,所述两个标准溶液的A3值所对应的ε值分别为εB和εB+1,得到ε关于A3的直线方程ε=αA3+β,其中,α和β为常数,将所述玻璃A(s)Fe 3+的值代入ε关于A3的直线方程,得到该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM
(9)根据式⑦:k=ktM,得到玻璃中三价铁含量与总铁含量的实际比值k,式中,kt由回归方程③得到;
(10)据式⑧:Fe(s) 3+=k·Fe(s),得玻璃中三价铁的实际含量Fe(s) 3+
(11)根据式⑨:Fe(s) 2+=Fe(s)·(1-k),得到玻璃中二价铁的实际含量Fe(s) 2+
进一步地,本发明的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,
所述步骤(3)中,已知系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3值(A3)1~(A3)N,以及系列Fe(aq) 3+/Fe(aq)的比值(Fe(aq) 3+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 3+/Fe(aq))N,得到A3与Fe(aq) 3+/Fe(aq)的回归方程⑩:
A3=a2+b2·(Fe(aq) 3+/Fe(aq)),
式中,a2、b2均为拟合常数;
然后,利用回归方程⑩修正系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3,得到系列修正值A3-1,记为(A3-1)1~(A3-1)N
根据比尔定律,得到关系式A3-1/A(aq1)=Fe(aq) 3+/Fe(aq),式中,A(aq1)为修正后的标准溶液中总铁在全波长下的最大吸收峰面积;
已知系列标准溶液的A3-1和Fe(aq) 3+/Fe(aq),从而计算出系列A(aq1),记为(A(aq1))1~(A(aq1))N
已知系列标准溶液中三价铁与总铁的含量比例Fe(aq) 3+/Fe(aq),以及系列A(aq1),得到A(aq1)与Fe(aq) 3+/Fe(aq)的回归方程
A(aq1)=a3+b3·(Fe(aq) 3+/Fe(aq)),
式中,a3、b3均为拟合常数;
利用回归方程修正系列A(aq1),从而得到系列修正后的值A(aq2),记为(A(aq2))1~(A(aq2))N
然后,利用分光光度计测得玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+,假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)与玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+的回归方程和A(aq2)与A3的回归方程的形式相同,根据分光光度计测得的(A3)1~(A3)N以及计算得到的(A(aq2))1~(A(aq2))N,得到A3与A(aq2)的回归方程,从而得到A(s)Fe 3+与A(s)的回归方程②:
A(s)=a+b·A(s)Fe 3++x·(A(s)Fe 3+)2+y·(A(s)Fe 3+)3
式中,a、b、x、y均为拟合常数;
在步骤(5)中,根据比尔定律,得出玻璃中三价铁含量Fe(s) 3+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt=A(s)Fe 3+/A(s),假设玻璃的吸收系数K(s)与标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃的kt与A(s)Fe 3+/A(s)比值的回归方程与标准溶液的Fe(aq) 3+/Fe(aq)比值与A3/A(aq2)比值的回归方程的形式相同;根据已知的系列标准溶液中三价铁与总铁的含量比例(Fe(aq) 3+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 3+/Fe(aq))N、利用所述回归方程修正得到的(A(aq2))1~(A(aq2))N、以及(A3)1~(A3)N,得出Fe(aq) 3+/Fe(aq)比值与A3/A(aq2)比值的回归方程,从而得到kt与A(s)Fe 3+/A(s)比值的回归方程③:
kt=a1+b1·(A(s)Fe 3+/A(s))+x1·(A(s)Fe 3+/A(s))2+y1·(A(s)Fe 3+/A(s))3
式中,a1、b1、x1、y1均为拟合常数;
在步骤(7)中,据式⑥:ε=K(aq)/K(s)=(A·d(s)·Fe(s))/(A(λ)·d(aq)·Fe(aq) 3+),其中,A与A(λ)的比值A/A(λ)由A3/A(s)Fe 3+的比值开方得到,进而得到玻璃与标准溶液的吸收系数换算值ε;
进一步地,本发明的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,
找Y(Y≥10)个不同厚度的同种玻璃样品,以及系列已知二价铁和三价铁含量比值的标准溶液,对于所有玻璃样品,分别采用前述任一方案中所述步骤(1)~(8)的方法得出系列εM,记为(εM)1~(εM)Y,对于不同厚度的同种玻璃,得到εM与玻璃厚度d(s)的回归方程
εM=a4+b4·d(s)+x4·d(s) 2+y4·d(s) 3,式中,a4、b4、x4、y4均为拟合常数;
将玻璃厚度d(s)代入回归方程即得到该厚度玻璃的εM
再根据式⑦:k=kt·εM,得到该厚度玻璃中三价铁含量与总铁含量的实际比值k,式中,kt由回归方程③得到,进而由式⑧和式⑨得到该厚度玻璃中二价铁和三价铁的含量。
另一方面,本发明提供一种玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,其包括:首先测出所述待测玻璃中的总铁含量Fe(s),配制系列已知二价铁和三价铁含量比值的标准溶液,标准溶液总铁含量Fe(aq)与玻璃中总铁含量Fe(s)相等或相近;然后测出各标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积A2,假设玻璃吸收系数K(s)与所述标准溶液吸收系数K(aq)相同,得到玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+与玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)的回归方程,算出A(s);据比尔定律,玻璃中二价铁含量与铁含量的理论比值kt’=A(s)Fe 2+/A(s),再次假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,从而得到kt’与A(s)Fe 2+/A(s)比值的回归方程并且将A(s)Fe 2+/A(s)的比值代入该方程,得到kt’;再根据K(aq)/K(s)的比值得到玻璃与系列标准溶液的吸收系数换算值ε,找出系列标准溶液中A2与玻璃A(s)Fe 2+的值最接近的标准溶液,该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM;从而得到玻璃中二价铁含量与总铁含量实际比值k=kt’/εM,进而得到二价铁和三价铁含量。
进一步地,本发明的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,其包括下述步骤:
(1)由光谱分析法测出玻璃中的总铁含量Fe(s),配制一系列已知二价铁和三价铁含量比例的且总铁含量与玻璃中总铁含量相等或相近的标准溶液1~N,系列标准溶液中二价铁的含量Fe(aq) 2+记为(Fe(aq) 2+)1~(Fe(aq) 2+)N,系列标准溶液中二价铁和三价铁的总含量相等,即为标准溶液中总铁含量Fe(aq)
(2)分光光度计测得的系列标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积A2记为(A2)1~(A2)N,系列标准溶液中总铁在全波长下的最大吸收峰面积A(aq)记为(A(aq))1~(A(aq))N,根据比尔定律,得到式I:A2/A(aq)=Fe(aq) 2+/Fe(aq)
(3)利用分光光度计测得玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+,假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)与玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+的回归方程和A(aq)与A2的回归方程的形式相同,根据分光光度计测得的(A2)1~(A2)N以及式I得出的相应的(A(aq))1~(A(aq))N,得到A2与A(aq)的回归方程,从而得到A(s)Fe 2+与A(s)的回归方程II:
A(s)=a5+b5·A(s)Fe 2++x5·(A(s)Fe 2+)2+y5·(A(s)Fe 2+)3
式中,a5、b5、x5、y5均为拟合常数;
(4)利用方程②计算出玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s),由此,计算出玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+与玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)的比值,即A(s)Fe 2+/A(s)
(5)根据比尔定律,得出玻璃中二价铁含量Fe(s) 2+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt’=A(s)Fe 2+/A(s),假设玻璃的吸收系数K(s)与标准溶液的吸收系数K(aq)相同,从而玻璃中的二价铁含量Fe(s) 2+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt’与A(s)Fe 2+/A(s)比值的回归方程与标准溶液的Fe(aq) 2+/Fe(aq)比值与A2/A(aq)比值的回归方程的形式相同;根据已知的系列标准溶液中二价铁与总铁的含量比值(Fe(aq) 2+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 2+/Fe(aq))N,分光光度计测得的(A2)1~(A2)N,以及式I得出的(A(aq))1~(A(aq))N,从而得出Fe(aq) 2+/Fe(aq)比值与A2/A(aq)比值的回归方程,从而得到kt’与A(s)Fe 2+/A(s)比值的回归方程III:
kt’=a6+b6·(A(s)Fe 2+/A(s))+x6·(A(s)Fe 2+/A(s))2+y6·(A(s)Fe 2+/A(s))3
式中,a6、b6、x6、y6均为拟合常数;
(6)据比尔定律,玻璃吸收系数K(s)表达式IV为:K(s)=A(λ)/(d(s)·Fe(s)),式中,A(λ)为玻璃对一单色光的吸光度;d(s)为玻璃厚度;
标准溶液的吸收系数K(aq)的表达式V为:K(aq)=A/(d(aq)·Fe(aq) 2+),式中,A为标准溶液对所述单色光的吸光度;d(aq)为标准溶液厚度;
(7)据式VI:ε=K(aq)/K(s)=(A·d(s)·Fe(s))/(A(λ)·d(aq)·Fe(aq) 2+),其中,A与A(λ)的比值A/A(λ)由A2/A(s)Fe 2+的比值开方得到,进而得到玻璃与标准溶液的吸收系数换算值ε;
(8)根据系列标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积(A2)1~(A2)N,得到系列标准溶液的ε,分别记为ε1,ε2,ε3,……εN,找出系列标准溶液中A2与玻璃A(s)Fe 2+的值最接近的标准溶液,该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM;或者,
根据系列标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积(A2)1~(A2)N,得到系列吸收系数换算值ε,分别记为ε1,ε2,ε3,……εN,所述玻璃A(s)Fe 2+的值介于两个标准溶液的A2值(A2)B和(A2)B+1之间,所述两个标准溶液的A2值所对应的ε值分别为εB和εB+1,得到ε关于A2的直线方程ε=α0A20,其中,α0和β0为常数,将所述玻璃A(s)Fe 2+的值代入ε关于A2的直线方程,得到该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM
(9)根据式VII:k’=kt’/εM,得到玻璃中二价铁含量与总铁含量的实际比值k’,式中,kt’由回归方程III得到;
(10)根据表达式VIII:Fe(s) 2+=k’·Fe(s),得到玻璃中二价铁的实际含量Fe(s) 2+
(11)根据式IX:Fe(s) 2+=Fe(s)·(1-k’),得到玻璃中三价铁的实际含量Fe(s) 3+
进一步地,本发明的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,
所述步骤(3)中,已知系列标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积A2值(A2)1~(A2)N,以及系列Fe(aq) 2+/Fe(aq)的比值(Fe(aq) 2+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 2+/Fe(aq))N,得到A2与Fe(aq) 2+/Fe(aq)的回归方程X:
A7=a7+b7·(Fe(aq) 2+/Fe(aq)),
式中,a7、b7均为拟合常数;
然后,利用回归方程X修正系列标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积A2,得到系列修正值A2-1,记为(A2-1)1~(A2-1)N
根据比尔定律,得到关系式XI:A2-1/A(aq1)=Fe(aq) 2+/Fe(aq),式中,A(aq1)为修正后的标准溶液中总铁在全波长下的最大吸收峰面积;
已知系列标准溶液的A2-1和Fe(aq) 2+/Fe(aq),从而计算出系列A(aq1),记为(A(aq1))1~(A(aq1))N
已知系列标准溶液中二价铁与总铁的含量比例Fe(aq) 2+/Fe(aq),以及系列A(aq1),得到A(aq1)与Fe(aq) 2+/Fe(aq)的回归方程XII:
A(aq1)=a8+b8·(Fe(aq) 2+/Fe(aq)),
式中,a8、b8均为拟合常数;
利用回归方程XII修正系列A(aq1),得到系列修正后的值A(aq2),记为(A(aq2))1~(A(aq2))N
然后,利用分光光度计测得玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+,假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)与玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+的回归方程和A(aq2)与A2的回归方程的形式相同,根据分光光度计测得的(A2)1~(A2)N以及计算得到的(A(aq2))1~(A(aq2))N,得到A2与A(aq2)的回归方程,从而得到A(s)Fe 2+与A(s)的回归方程II:
A(s)=a5+b5·A(s)Fe 2++x5·(A(s)Fe 2+)2+y5·(A(s)Fe 2+)3
式中,a5、b5、x5、y5均为拟合常数;
在步骤(5)中,根据比尔定律,得出玻璃中二价铁含量Fe(s) 2+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt’=A(s)Fe 2+/A(s),假设玻璃的吸收系数K(s)与标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃的kt’与A(s)Fe 2+/A(s)比值的回归方程与标准溶液的Fe(aq) 2+/Fe(aq)比值与A2/A(aq2)比值的回归方程的形式相同;根据已知的系列标准溶液中二价铁与总铁的含量比例(Fe(aq) 2+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 2+/Fe(aq))N、利用回归方程XII修正得到的(A(aq2))1~(A(aq2))N、以及(A2)1~(A2)N,得出Fe(aq) 2+/Fe(aq)比值与A2/A(aq2)比值的回归方程,从而得到Fe(s) 2+/Fe(s)的比值与A(s)Fe 2+/A(s)比值的回归方程III:
kt’=a6+b6·(A(s)Fe 2+/A(s))+x6·(A(s)Fe 2+/A(s))2+y6·(A(s)Fe 2+/A(s))3
式中,a6、b6、x6、y6均为拟合常数;
在步骤(7)中,根据式VI:ε=/K(aq)/K(s)=(A·d(s)·Fe(s))/(A(λ)·d(aq)·Fe(aq) 2+),其中,A与A(λ)的比值A/A(λ)由A2/A(s)Fe 2+的比值开方得到,进而得到玻璃与标准溶液的吸收系数换算值ε;
进一步地,本发明的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,
找Y(Y≥10)个不同厚度的同种玻璃样品,以及系列已知二价铁和三价铁含量比值的标准溶液,对于所有玻璃样品,分别采用前述任一项所述方案的步骤(1)~(8)的方法得出系列εM,记为(εM)1~(εM)Y,对于不同厚度的同种玻璃,得到εM与玻璃厚度d(s)的回归方程XIII:
εM=a9+b9·d(s)+x9·d(s) 2+y9·d(s) 3
式中,a9、b9、x9、y9均为拟合常数,
将玻璃厚度d(s)代入回归方程XIII,即得到该厚度玻璃的εM
再根据式VII:k’=kt’/εM,得到玻璃中二价铁含量与总铁含量的实际比值k’,式中,kt’由回归方程III得到,进而由式VIII和式IX得到该厚度玻璃中二价铁和三价铁的含量。
再一方面,本发明还提供一种玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,其包括下述步骤:
(1)由光谱分析法测出玻璃中的总铁含量Fe(s),配制一系列已知二价铁和三价铁含量比例的且总铁含量与玻璃中总铁含量相等或相近的标准溶液1~N;
系列标准溶液中三价铁的含量Fe(aq) 3+记为(Fe(aq) 3+)1~(Fe(aq) 3+)N,系列标准溶液中二价铁含量Fe(aq) 2+相应记为(Fe(aq) 2+)1~(Fe(aq) 2+)N,系列标准溶液中二价铁和三价铁的总含量相等,即为标准溶液中总铁含量Fe(aq)
(2)分光光度计测得的系列标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积A2记为(A2)1~(A2)N,分光光度计测得的系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3记为(A3)1~(A3)N,系列标准溶液中总铁在全波长下最大吸收峰面积A(aq)记为(A(aq))1~(A(aq))N,据比尔定律,得Fe(aq) 3+/Fe(aq) 2+与A3/A2的回归方程:Fe(aq) 3+/Fe(aq) 2+=a10+b10·(A3/A2),式中,a10和b10均为常数;
(3)利用分光光度计测得玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+以及玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+;Fe(aq) 3+/Fe(aq) 2+与A3/A2的回归方程的形式和Fe(s) 3+/Fe(s) 2+与A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+的回归方程的形式相同,从而得到Fe(s) 3+/Fe(s) 2+与A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+的回归方程:
Fe(s) 3+/Fe(s) 2+=a10+b10·(A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+),
将A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+代入上述Fe(s) 3+/Fe(s) 2+与A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+的回归方程,得到玻璃中三价铁含量与二价铁含量的比值Fe(s) 3+/Fe(s) 2+
(4)利用关系式Fe(s) 2+=Fe(s)/(1+Fe(s) 3+/Fe(s) 2+),得到玻璃中二价铁含量;玻璃中三价铁含量Fe(s) 3+=Fe(s)-Fe(s) 2+
进一步地,本发明的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法中,所述各回归方程的形式不限,回归方程的置信水平≥95%。
进一步地,本发明的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法中,所述玻璃与标准溶液的吸收系数换算值ε≥0.1。
进一步地,本发明的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法中,所述标准溶液中Fe(aq) 3+/Fe(aq)的比值介于4%到96%之间,所述标准溶液pH≤0.5。
进一步地,本发明的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法中,所述标准溶液的总铁含量与玻璃中总铁含量相差±0.01%。
进一步地,本发明的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法中,所述标准溶液与玻璃中三价铁最大吸收峰面积所对应的波长范围均为190nm~400nm;所述标准溶液与玻璃中二价铁最大吸收峰面积所对应的波长范围均为900nm~1100nm。
发明的效果
本发明的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,不需要溶样,直接对玻璃片进行检测,过程简单,操作方便,整个过程只用45分钟,多次建立回归方程,并利用回归方程对于数据进行修正,数据准确性好,本发明的方法具有重复性好的特点,大大提高检测效率。本发明的测定方法能及时准确的反馈玻璃生产中熔窑状态变化信息,有利于快速改变生产对策,也有利于更好的解释玻璃透光率的变化。
附图说明
图1本发明的一个具体实施方式中的若干标准溶液在波长190nm~900nm波长段的吸收曲线。
图2本发明的一个具体实施方式中的一个标准溶液中的三价铁在190nm~400nm波长段内的最大吸收峰面积图。
图3本发明的一个具体实施方式中的一个玻璃样品的三价铁在190nm~400nm波长段内最大吸收峰面积图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例作出说明,其中包括本发明实施方式的各种细节以助于理解,应当将它们认为仅仅是示范性的。因此,本领域普通技术人员应当认识到,可以对这里描述的实施方式作出各种改变和修改,而不会背离本发明的范围和精神。
发明中的术语
本发明中,吸收系数是指,光在介质中传播时,光的强度随传播距离(穿透深度)而衰减的现象称为光的吸收,光的吸收遵循吸收定律(比尔-朗伯定律,也称比尔定律),吸收系数是比尔定律中的一个常数,被称为介质对该单色光的吸收系数。
本发明中,比尔定律,也称比尔-朗伯定律(Beer-Lambert law),是分光光度法的基本定律,是描述物质对某一波长光吸收的强弱与吸光物质的浓度及其液层厚度间的关系。适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质,包括气体、固体、液体、分子、原子和离子。比尔-朗伯定律是分光光度法、比色分析法和光电比色法的定量基础。光被吸收的量正比于光程中产生光吸收的分子数目。比尔定律数学表达式为:A=K·d·C,其中,A为吸光度,K为吸光系数,K与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关,C为吸光物质的浓度,d为吸收层厚度。
本发明中,最大吸收峰面积是指,试样在紫外可见分光光度计下,扫描出波长(λ)与吸光度(A)的吸收曲线,在某一波长下,有一个最大吸收值,以此为目标值,确认一个最小波长与曲线的交点,再确认一个最大波长与曲线的交点,两交点相连与曲线有且仅有两个交点。直线与曲线组成的面积就是最大吸收峰面积,由仪器软件自动计算出结果。
在本发明的一种具体实施方式中,标准溶液中的总铁含量、二价铁含量和三价铁的含量,可分别用标准溶液中总铁、二价铁和三价铁的质量浓度表示,所述质量浓度可为质量百分浓度,质量百分浓度可用百万分比浓度表示。玻璃中的总铁含量、二价铁含量和三价铁的含量,可分别用玻璃中的总铁、二价铁和三价铁的百分含量表示。
在本发明的一种具体实施方式中,一种玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,利用分光光度计只测出二价铁的最大吸收峰面积;可选地,利用分光光度计只测出三价铁的最大吸收峰面积;可选地,利用分光光度计同时测出二价铁的最大吸收峰面积和三价铁的最大吸收峰面积。其中,利用分光光度计只测出二价铁的最大吸收峰面积的测定方法同理于利用分光光度计只测出三价铁的最大吸收峰面积的测定方法。
在本发明的一种具体实施方式中,一种玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,其包括下述步骤:
(1)由光谱分析法测出玻璃中的总铁含量Fe(s),配制一系列已知二价铁和三价铁含量比例的且总铁含量与玻璃中总铁含量相等或相近的标准溶液1~N,系列标准溶液中三价铁的含量Fe(aq) 3+记为(Fe(aq) 3+)1~(Fe(aq) 3+)N,系列标准溶液中二价铁和三价铁的总含量相等,即为标准溶液中总铁含量Fe(aq)
(2)利用分光光度计只测得系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3记为(A3)1~(A3)N,系列标准溶液中总铁在全波长下的最大吸收峰面积A(aq)记为(A(aq))1~(A(aq))N,根据比尔定律,得到式①:A3/A(aq)=Fe(aq) 3+/Fe(aq)
(3)已知系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3值(A3)1~(A3)N,以及系列Fe(aq) 3+/Fe(aq)的比值(Fe(aq) 3+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 3+/Fe(aq))N,得到A3与Fe(aq) 3+/Fe(aq)的回归方程⑩:
A3=a2+b2·(Fe(aq) 3+/Fe(aq)),
式中,a2、b2均为拟合常数;
(4)然后,利用回归方程⑩修正系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3,得到系列修正值A3-1,记为(A3-1)1~(A3-1)N
(5)根据比尔定律,得到关系式A3-1/A(aq1)=Fe(aq) 3+/Fe(aq),式中,A(aq1)为修正后的标准溶液中总铁在全波长下的最大吸收峰面积;
已知系列标准溶液的A3-1和Fe(aq) 3+/Fe(aq),从而计算出系列A(aq1),记为(A(aq1))1~(A(aq1))N
(6)已知系列标准溶液中三价铁与总铁的含量比例Fe(aq) 3+/Fe(aq),以及系列A(aq1),得到A(aq1)与Fe(aq) 3+/Fe(aq)的回归方程
A(aq1)=a3+b3·(Fe(aq) 3+/Fe(aq)),
式中,a3、b3均为拟合常数;
(7)利用回归方程修正系列A(aq1),从而得到系列修正后的值A(aq2),记为(A(aq2))1~(A(aq2))N
(8)利用分光光度计测得玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+,假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)与玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+的回归方程和A(aq2)与A3的回归方程的形式相同,根据分光光度计测得的(A3)1~(A3)N以及计算得到的(A(aq2))1~(A(aq2))N,得到A3与A(aq2)的回归方程,从而得到A(s)Fe 3+与A(s)的回归方程②:
A(s)=a+b·A(s)Fe 3++x·(A(s)Fe 3+)2+y·(A(s)Fe 3+)3
式中,a、b、x、y均为拟合常数;
(9)利用方程②计算出玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s),由此,计算出玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+与玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)的比值,即A(s)Fe 3+/A(s)
(10)根据比尔定律,得出玻璃中三价铁含量Fe(s) 3+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt=A(s)Fe 3+/A(s),假设玻璃的吸收系数K(s)与标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃的kt与A(s)Fe 3+/A(s)比值的回归方程与标准溶液的Fe(aq) 3+/Fe(aq)比值与A3/A(aq2)比值的回归方程的形式相同;根据已知的系列标准溶液中三价铁与总铁的含量比例(Fe(aq) 3+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 3+/Fe(aq))N、利用所述回归方程修正得到的(A(aq2))1~(A(aq2))N、以及(A3)1~(A3)N,得出Fe(aq) 3+/Fe(aq)比值与A3/A(aq2)比值的回归方程,从而得到kt与A(s)Fe 3+/A(s)比值的回归方程③:
kt=a1+b1·(A(s)Fe 3+/A(s))+x1·(A(s)Fe 3+/A(s))2+y1·(A(s)Fe 3+/A(s))3
式中,a1、b1、x1、y1均为拟合常数;
(11)据比尔定律,玻璃吸收系数K(s)的表达式④为:K(s)=A(λ)/(d(s)·Fe(s)),式中,A(λ)为玻璃对一单色光的吸光度;d(s)为玻璃厚度;
标准溶液的吸收系数K(aq)的表达式⑤为:K(aq)=A/(d(aq)·Fe(aq) 3+),式中,A为标准溶液对所述单色光的吸光度;d(aq)为标准溶液厚度;
(12)据式⑥:ε=K(aq)/K(s)=(A·d(s)·Fe(s))/(A(λ)·d(aq)·Fe(aq) 3+),其中,根据多次计算,得出A与A(λ)的比值A/A(λ)等于A3/A(s)Fe 3+的比值开方,进而得到玻璃与标准溶液的吸收系数换算值ε;
(13)根据系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积(A3)1~(A3)N,得到系列吸收系数换算值ε,分别记为ε1,ε2,ε3,……εN,找出系列标准溶液中A3与玻璃A(s)Fe 3+的值最接近的标准溶液,该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM
(14)根据式⑦:k=ktM,得到玻璃中三价铁含量与总铁含量的实际比值k,式中,kt由回归方程③得到;
(15)据式⑧:Fe(s) 3+=k·Fe(s),得玻璃中三价铁的实际含量Fe(s) 3+
(16)根据式⑨:Fe(s) 2+=Fe(s)·(1-k),得到玻璃中二价铁的实际含量Fe(s) 2+
作为本发明上述实施方式的一种可选实施方式,可由下述方法得到εM:根据系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积(A3)1~(A3)N,得到系列吸收系数换算值ε,分别记为ε1,ε2,ε3,……εN,所述玻璃A(s)Fe 3+的值介于两个标准溶液的A3值(A3)B和(A3)B+1之间,所述两个标准溶液的A3值所对应的ε值分别为εB和εB+1,得到ε关于A3的直线方程ε=αA3+β,其中,α和β为常数,将所述玻璃A(s)Fe 3+的值代入ε关于A3的直线方程,得到该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM
作为本发明的上述实施方式的另一种可选实施方式,对于Y(Y≥10)个不同厚度的同种玻璃样品,以及系列已知二价铁和三价铁含量比值的标准溶液,对所有玻璃样品,分别采用前述实施方案中任一方案中的步骤得出系列εM,记为(εM)1~(εM)Y,对于不同厚度的同种玻璃,得到εM与玻璃厚度d(s)的回归方程
εM=a4+b4·d(s)+x4·d(s) 2+y4·d(s) 3,式中,a4、b4、x4、y4均为拟合常数;
将玻璃厚度d(s)代入回归方程即得到该厚度玻璃的εM
在本发明的另一个具体实施方式中,该测定方法利用分光光度计只测出二价铁的最大吸收峰面积A2,其测定方法同理于利用分光光度计只测出二价铁的最大吸收峰面积A3的上述实施方式,所述标准溶液与玻璃中二价铁最大吸收峰面积所对应的波长范围均为900nm~1100nm。
在本发明的另一个具体实施方式中,一种玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,其包括下述步骤:
(1)由光谱分析法测出玻璃中的总铁含量Fe(s),配制一系列已知二价铁和三价铁含量比例的且总铁含量与玻璃中总铁含量相等或相近的标准溶液1~N;
系列标准溶液中三价铁的含量Fe(aq) 3+记为(Fe(aq) 3+)1~(Fe(aq) 3+)N,系列标准溶液中二价铁含量Fe(aq) 2+相应记为(Fe(aq) 2+)1~(Fe(aq) 2+)N,系列标准溶液中二价铁和三价铁的总含量相等,即为标准溶液中总铁含量Fe(aq)
(2)分光光度计测得的系列标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积A2记为(A2)1~(A2)N,分光光度计测得的系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3记为(A3)1~(A3)N,系列标准溶液中总铁在全波长下最大吸收峰面积A(aq)记为(A(aq))1~(A(aq))N,据比尔定律,得Fe(aq) 3+/Fe(aq) 2+与A3/A2的回归方程:Fe(aq) 3+/Fe(aq) 2+=a10+b10·(A3/A2),式中,a10和b10均为常数;
(3)利用分光光度计测得玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+以及玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+;Fe(aq) 3+/Fe(aq) 2+与A3/A2的回归方程的形式和Fe(s) 3+/Fe(s) 2+与A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+的回归方程的形式相同,从而得到Fe(s) 3+/Fe(s) 2+与A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+的回归方程:
Fe(s) 3+/Fe(s) 2+=a10+b10·(A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+),
将A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+代入上述Fe(s) 3+/Fe(s) 2+与A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+的回归方程,得到玻璃中三价铁含量与二价铁含量的比值Fe(s) 3+/Fe(s) 2+
(4)利用关系式Fe(s) 2+=Fe(s)/(1+Fe(s) 3+/Fe(s) 2+),得到玻璃中二价铁含量;玻璃中三价铁含量Fe(s) 3+=Fe(s)-Fe(s) 2+
在本发明一个具体实施方式中,该测定方法,其中,用纯度在优级纯以上的亚铁盐和铁盐,分别配制1000ppm二价铁单标液和三价铁单标液,单标液的pH值≤0.5,根据所测玻璃的总铁含量,用二价铁单标液和三价铁单标液配制一系列一定比例的含二价铁和三价铁的混合标液,称之为标准溶液(简称为标样),标样的pH值≤0.5。
在本发明一个具体实施方式中,该测定方法,其中,所述标准溶液的总铁含量与玻璃中总铁含量相差±0.01%。
在本发明一个具体实施方式中,该测定方法,其中,标样中的总铁含量Fe(aq)与玻璃中的总铁含量差值控制在±0.01%以内,Fe(aq) 3+/Fe(aq)的比例介于4%与96%之间。
在本发明一个具体实施方式中,该测定方法,其中,所述各回归方程的形式不限,回归方程的置信水平≥95%;优选地,回归方程的置信水平≥96%;更优选地,回归方程的置信水平≥97%。
在本发明一个具体实施方式中,该测定方法,其中,所述玻璃与标准溶液的吸收系数换算值ε≥0.1。
在本发明一个具体实施方式中,该测定方法,其中,所述标准溶液与玻璃中三价铁最大吸收峰面积所对应的波长范围均为190nm~400nm,所述标准溶液与玻璃中二价铁最大吸收峰面积所对应的波长范围均为900nm~1100nm。
在本发明一个具体实施方式中,该测定方法,其中,使用X射线荧光光谱分析法或原子吸收光谱分析法测出玻璃中的总铁含量Fe(s)
实施例
实施例1
标准溶液(标样):用六水合硫酸亚铁铵配制1000ppm二价铁单标液,用十二水合硫酸铁铵配制1000ppm三价铁单标液,配制出表1中所示的三价铁与总铁含量比例的系列标样,标样的pH=0.01,标样总铁含量Fe(aq)为150ppm,即0.015%。标样厚度d(aq)即为比色皿规格1cm,标样各数据记录详见下表1。
玻璃试样:厚度为2.005mm的玻璃,利用X射线荧光光谱分析法(XRF)测得总铁含量Fe(s)为97ppm,即0.0097%。在分光光度计上测得该玻璃在波长190nm~400nm区间的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+为62.526。
表1
在本实施例中,玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法如下:
1、利用分光光度计测得14个标样中三价铁的最大吸收峰面积A3,以及各标样中Fe(aq) 3+/Fe(aq)的比值,再利用公式A3/A(aq)=Fe(aq) 3+/Fe(aq),计算出14个标样中总铁在全波长下的最大吸收峰面积的A(aq),数据详见表1。
2、已知标样中三价铁对应的最大吸收面积值A3,标样中三价铁与总铁的比例,则可得到A3与Fe(aq) 3+/Fe(aq)的回归方程:
A3=8.302+165.3·(Fe(aq) 3+/Fe(aq))
3、利用A3与Fe(aq) 3+/Fe(aq)的回归方程修正三价铁对应的最大吸收峰面积值A3,修正后的值记为A3-1,计算结果详见表1。
4、由比尔定律,可以得到关系式:
A3-1/A(aq1)=Fe(aq) 3+/Fe(aq)
已知A3-1和Fe(aq) 3+/Fe(aq),则根据A(aq1)=A3-1/Fe(aq) 3+/Fe(aq),用修正后的A3-1计算出A(aq1),计算结果详见表1。
5、已知标样中三价铁与总铁的比例以及A(aq1),则可以得到A(aq1)与Fe(aq) 3+/Fe(aq)的回归方程:
A(aq1)=202.2-35.79·(Fe(aq) 3+/Fe(aq))
6、利用A(aq1)与Fe(aq) 3+/Fe(aq)的回归方程修正标样中总铁在全波长下的最大吸收峰面积值A(aq1),修正后的值记为A(aq2),计算结果详见表1。
7、假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)与玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+的回归方程与A(aq)与A3的回归方程的形式相同,得到A(s)Fe 3+与A(s)的回归方程:
A(s)=94.40+3.201·A(s)Fe 3+-0.03303·(A(s)Fe 3+)2+0.000101·(A(s)Fe 3+)3
已知该玻璃在波长190nm~400nm区间的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+为62.526。则玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)为:
A(s)=94.40+3.201·A(s)Fe 3+-0.03303·(A(s)Fe 3+)2+0.000101·(A(s)Fe 3+)3
=94.40+3.201×62.526-0.03303×62.5262+0.000101×62.5263
=190.104
8、由上述计算出的玻璃中铁的总铁吸收峰面积A(s),可以计算出玻璃A(s)Fe 3+与A(s)的比值,其比值为:
A(s)Fe 3+/A(s)=62.526/190.104=0.3289
9、根据比尔定律,得出玻璃中三价铁含量Fe(s) 3+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt=A(s)Fe 3+/A(s),假设玻璃的吸收系数K(s)与标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃的kt与A(s)Fe 3+/A(s)比值的回归方程与标准溶液Fe(aq) 3+/Fe(aq)比值与A3/A(aq2)比值的回归方程的形式相同,从而得到kt与A(s)Fe 3+/A(s)比值的回归方程:
kt=0.1759-0.0566·(A(s)Fe 3+/A(s))+1.919·(A(s)Fe 3+/A(s))2
-1.094·(A(s)Fe 3+/A(s))3
将A(s)Fe 3+/A(s)=0.3289代入上述公式得到玻璃中三价铁与总铁的理论比值:
kt=0.1759-0.0566×0.3289+1.919×0.32892-1.094×0.32893=0.3259
实际测试中,吸收系数K(s)与标样的吸收系数K(aq)是不一致的,因此,需要对上述得出的kt进行校正,校正值称之为玻璃与标样的吸收系数换算值ε,运用比尔定律,分别写出玻璃和标样的吸光度与吸收系数,厚度,浓度的关系式,标样的吸收系数K(aq)表达式记为如下:
K(aq)=A/(d(aq)·Fe(aq) 3+)
式中,A为标样对单色光的吸光度;d(aq)为标准溶液厚度;
将玻璃的吸收系数K(s)表达式记为如下:
K(s)=A(λ)/(d(s)·Fe(s))
式中,A(λ)为玻璃对所述单色光的吸光度;d(s)为玻璃厚度;
10、根据ε=K(s)/K(aq)=(A(λ)·d(aq)·Fe(aq) 3+)/(A·d(s)·Fe(s)),其中,A(λ)与A的比值A(λ)/A由A(s)Fe 3+/A3的比值开方得到,从而得到系列玻璃与标样的吸收系数换算值ε1~ε14,计算结果详见表1。
11、找出系列标样中A3与玻璃A(s)Fe 3+最接近的值,即所对应的吸收系数换算值ε即为所用系数。标样中A3与玻璃A(s)Fe 3+的值62.526最接近的值,是介于标样中A3值67.411和56.066之间。所对应的吸收系数换算值ε介于0.3846和0.4093之间,得到ε关于A3的直线方程ε=αA3+β,其中,α和β为常数,将所述玻璃A(s)Fe 3+的值62.526代入该直线方程,计算得出该玻璃的吸收系数换算值的实际取值εM为0.3965。
12、得到玻璃中Fe3+与Fe的实际比值(k):
k=ktM=0.3259÷0.3965=0.8219
13、玻璃中三价铁的实际含量Fe(s) 3+
Fe(s) 3+=k·Fe(s)=0.8219×0.0097%=0.0080%
14、玻璃中二价铁的实际含量Fe(a) 2+
Fe(s) 2+=Fe(s)·(1-k)=0.0097%×(1-0.8219)=0.0017%
实施例2
标样:用六水合硫酸亚铁铵配制1000ppm二价铁单标液,用十二水合硫酸铁铵配制1000ppm三价铁单标液,配制出表2中所示的系列标样,标样的pH=0.01,总铁Fe(aq)含量150ppm,即0.015%,标样总铁对应的最大吸收峰面积记为A(aq),的在分光光度计上测得各标样三价铁在波长190nm~400nm区间的最大吸收峰面积A3,标样厚度d(aq)即为比色皿规格1cm,标样各数据记录详见下表2。
玻璃试样:厚度为0.821mm的盖板玻璃,在XRF上测得总铁含量Fe(s)为95ppm,即0.0095%。在分光光度计上测得该玻璃在波长190nm~400nm区间的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+为32.501。
表2
在本实施例中,根据表2数据,利用本发明的方法,玻璃中二价铁和三价铁含量计算结果如下:
1、玻璃中三价铁的实际含量Fe(s) 3+
Fe(s) 3+=k·Fe(s)=0.8235×0.0095%=0.0078%
2、玻璃中二价铁的实际含量Fe(s) 2+
Fe(s) 2+=Fe(s)·(1-k)=0.0095%×(1-0.8235)=0.0017%
对比例1
利用湿化学法测试
1、湿化学测试基本原理:视含铁量不同,准确吸取若干毫升已制备好的样品溶液于10毫升容量瓶中,依次加入10毫升0.5M乙酸-乙酸钠、4毫升0.25%邻菲罗啉以及10毫升0.2M EDTA溶液,用水稀释至标线,摇匀,静置10分钟后在510nm波长处用1cm比色皿测其吸光度,接着给上述容量瓶中加入20毫克固体抗坏血酸,摇匀,静置20分钟后在同一波长处用1cm比色皿测定由样液中总铁所形成的Fe(Ⅱ)-Phen络合物的吸光度(均以试剂空白作参比)。然后在已绘制好的检量线上依据各吸光度值分别查出样液中二价铁及总铁含量。
2、建立标准曲线:准确吸取每毫升含铁10微克的标准工作溶液0.00、10.00、20.00、30.00、35.00、40.00毫升于一系列100毫升容量瓶中、各依次加入乙酸-乙酸钠(0.5M)缓冲溶液10毫升、邻菲罗啉(0.25%)显色液4毫升、EDTA(0.2M)溶液10毫升以及加固体抗坏血酸20毫升,用水稀释至标线、摇匀。静置10分钟后,以空白溶液作参比于510nm波长处用1cm比色皿测其吸光度绘制铁检量线。
3、试样溶液制备:将与实施例1相同玻璃试样研磨过筛,准确称取0.1500克经研磨过筛粒度在80~130目的玻璃样品置于100毫升聚四氟乙烯烧杯中,准确加入比重1.84浓硫酸4.0毫升,旋转烧杯使样品完全润湿,在通风橱内向烧杯中加入40%(W/W)氢氟酸3.0毫升,盖上塑料板摇转烧杯1分钟并放置2分钟待样品分解完全后,再由烧杯缺口处加入4%(W/W)饱和硼酸溶液10毫升和比重1.19的浓盐酸1毫升,盖严摇动混匀,置于已升温恒定的高温电热板棉垫上,微沸2分钟,取下经流水快速冷却后,补加4%硼酸溶液30毫升、定量转至250毫升容量瓶中,用水稀释至标线,摇匀,作为待测试样溶液。
4、测试结果:玻璃中二价铁含量:0.0019%,总铁含量:0.0101%,三价铁含量:0.0082%。
对比例2
利用湿化学法测试
1、湿化学测试基本原理:视含铁量不同,准确吸取若干毫升已制备好的样品溶液于10毫升容量瓶中,依次加入10毫升0.5M乙酸-乙酸钠、4毫升0.25%邻菲罗啉以及10毫升0.2M EDTA溶液,用水稀释至标线,摇匀,静置10分钟后在510nm波长处用1cm比色皿测其吸光度,接着给上述容量瓶中加入20毫克固体抗坏血酸,摇匀,静置20分钟后在同一波长处用1cm比色皿测定由样液中总铁所形成的Fe(Ⅱ)-Phen络合物的吸光度(均以试剂空白作参比)。然后在已绘制好的检量线上依据各吸光度值分别查出样液中二价铁及总铁含量。
2、建立标准曲线:准确吸取每毫升含铁10微克的标准工作溶液0.00、10.00、20.00、30.00、35.00、40.00毫升于一系列100毫升容量瓶中、各依次加入乙酸-乙酸钠(0.5M)缓冲溶液10毫升、邻菲罗啉(0.25%)显色液4毫升、EDTA(0.2M)溶液10毫升以及加固体抗坏血酸20毫升,用水稀释至标线、摇匀。静置10分钟后,以空白溶液作参比于510nm波长处用1cm比色皿测其吸光度绘制铁检量线。
3、试样溶液制备:将与实施例2相同玻璃试样研磨过筛,准确称取0.1500克经研磨过筛粒度在80~130目的玻璃样品置于100毫升聚四氟乙烯容器中,盖上塑料盖,并拧紧密封,塑料盖分别设有进气管、排气管和进样管,进气管引入氮气瓶的高纯氮气,置换聚四氟乙烯容器中的空气,从进样管准确加入比重1.19的浓盐酸1毫升,旋转烧杯使样品完全润湿,在通风橱内向烧杯中加入40%(W/W)氢氟酸10毫升,微热分解10min,再将该装置置于已升温恒定的高温电热板棉垫上,微沸2分钟,再由进样管处加入4%(W/W)饱和硼酸溶液10毫升和比重1.84的浓硫酸1毫升,盖严摇动混匀,置于已升温恒定的高温电热板棉垫上,微沸2分钟,取下经流水快速冷却后,补加4%硼酸溶液30毫升、定量转至250毫升容量瓶中,用水稀释至标线,摇匀,作为待测试样溶液。
4、测试结果:该玻璃中二价铁含量:0.0019%,总铁含量:0.098%,三价铁含量:0.0079%。
将上述实施例1~2与对比例1~2的测试结果总结如下表3,由表3可以看出,本发明测得的二价铁与三价铁比例相对于湿化学测试得到的二价铁与三价铁比例的绝对偏差<5%,本发明的测试准确度满足实际生产要求。
表3

Claims (14)

1.一种玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,其包括:
首先测出所述待测玻璃中的总铁含量Fe(s),配制系列已知二价铁和三价铁含量比值的标准溶液,标准溶液总铁含量Fe(aq)与玻璃中总铁含量Fe(s)相等或相近;
然后测出各标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3,假设玻璃吸收系数K(s)与所述标准溶液吸收系数K(aq)相同,得到玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+与玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)的回归方程,算出A(s)
据比尔定律,玻璃中三价铁含量与铁含量的理论比值kt=A(s)Fe 3+/A(s),再次假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,从而得到kt与A(s)Fe 3+/A(s)比值的回归方程并将A(s)Fe 3+/A(s)的比值代入该方程,得到kt
再根据K(aq)/K(s)的比值得到玻璃与系列标准溶液的吸收系数换算值ε,找出系列标准溶液中A3与玻璃A(s)Fe 3+的值最接近的标准溶液,该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM
从而得到玻璃中三价铁含量与总铁含量实际比值k=ktM,进而得到二价铁和三价铁含量。
2.根据权利要求1所述的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,其包括下述步骤:
(1)由光谱分析法测出玻璃中的总铁含量Fe(s),配制一系列已知二价铁和三价铁含量比例的且总铁含量与玻璃中总铁含量相等或相近的标准溶液1~N,系列标准溶液中三价铁的含量Fe(aq) 3+记为(Fe(aq) 3+)1~(Fe(aq) 3+)N,系列标准溶液中二价铁和三价铁的总含量相加,即为标准溶液中总铁含量Fe(aq)
(2)分光光度计测得的系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3记为(A3)1~(A3)N,系列标准溶液中总铁在全波长下的最大吸收峰面积A(aq)记为(A(aq))1~(A(aq))N,根据比尔定律,得到式①:A3/A(aq)=Fe(aq) 3+/Fe(aq)
(3)利用分光光度计测得玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+,假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)与玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+的回归方程和A(aq)与A3的回归方程的形式相同,根据分光光度计测得的(A3)1~(A3)N以及式①得出的相应的(A(aq))1~(A(aq))N,得到A3与A(aq)的回归方程,从而得到A(s)Fe 3+与A(s)的回归方程②:
A(s)=a+b·A(s)Fe 3++x·(A(s)Fe 3+)2+y·(A(s)Fe 3+)3
式中,a、b、x、y均为拟合常数;
(4)利用方程②计算出玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s),由此,计算出玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+与玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)的比值,即A(s)Fe 3+/A(s)
(5)根据比尔定律,得出玻璃中三价铁含量Fe(s) 3+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt=A(s)Fe 3+/A(s),假设玻璃的吸收系数K(s)与标准溶液的吸收系数K(aq)相同,从而玻璃中的三价铁含量Fe(s) 3+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt与A(s)Fe 3+/A(s)的比值的回归方程与标准溶液的Fe(aq) 3+/Fe(aq)比值与A3/A(aq)比值的回归方程的形式相同;根据已知的系列标准溶液中三价铁与总铁的含量比值(Fe(aq) 3+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 3+/Fe(aq))N,分光光度计测得的(A3)1~(A3)N,以及式①得出的(A(aq))1~(A(aq))N,从而得出Fe(aq) 3+/Fe(aq)比值与A3/A(aq)比值的回归方程,从而得到kt与A(s)Fe 3+/A(s)比值的回归方程③:
kt=a1+b1·(A(s)Fe 3+/A(s))+x1·(A(s)Fe 3+/A(s))2+y1·(A(s)Fe 3+/A(s))3
式中,a1、b1、x1、y1均为拟合常数;
(6)据比尔定律,玻璃吸收系数K(s)的表达式④为:K(s)=A(λ)/(d(s)·Fe(s)),式中,A(λ)为玻璃对一单色光的吸光度;d(s)为玻璃厚度;
标准溶液的吸收系数K(aq)的表达式⑤为:K(aq)=A/(d(aq)·Fe(aq) 3+),式中,A为标准溶液对所述单色光的吸光度;d(aq)为标准溶液厚度;
(7)根据式⑥:ε=K(aq)/K(s)=(A·d(s)·Fe(s))/(A(λ)·d(aq)·Fe(aq) 3+),其中,A与A(λ)的比值A/A(λ)由A3/A(s)Fe 3+的比值开方得到,进而得到)玻璃与标准溶液的吸收系数换算值ε;
(8)根据系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积(A3)1~(A3)N,得到系列吸收系数换算值ε,分别记为ε1,ε2,ε3,……εN,找出系列标准溶液中A3与玻璃A(s)Fe 3+的值最接近的标准溶液,该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM;或者,
根据系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积(A3)1~(A3)N,得到系列吸收系数换算值ε,分别记为ε1,ε2,ε3,……εN,所述玻璃A(s)Fe 3+的值介于两个标准溶液的A3值(A3)B和(A3)B+1之间,所述两个标准溶液的A3值所对应的ε值分别为εB和εB+1,得到ε关于A3的直线方程ε=αA3+β,其中,α和β为常数,将所述玻璃A(s)Fe 3+的值代入ε关于A3的直线方程,得到该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM
(9)根据式⑦:k=ktM,得到玻璃中三价铁含量与总铁含量的实际比值k,式中,kt由回归方程③得到;
(10)据式⑧:Fe(s) 3+=k·Fe(s),得玻璃中三价铁的实际含量Fe(s) 3+
(11)根据式⑨:Fe(s) 2+=Fe(s)·(1-k),得到玻璃中二价铁的实际含量Fe(s) 2+
3.根据权利要求2所述的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,
所述步骤(3)中,已知系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3值(A3)1~(A3)N,以及系列Fe(aq) 3+/Fe(aq)的比值(Fe(aq) 3+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 3+/Fe(aq))N,得到A3与Fe(aq) 3+/Fe(aq)的回归方程⑩:
A3=a2+b2·(Fe(aq) 3+/Fe(aq)),
式中,a2、b2均为拟合常数;
然后,利用回归方程⑩修正系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3,得到系列修正值A3-1,记为(A3-1)1~(A3-1)N
根据比尔定律,得到关系式A3-1/A(aq1)=Fe(aq) 3+/Fe(aq),式中,A(aq1)为修正后的标准溶液中总铁在全波长下的最大吸收峰面积;
已知系列标准溶液的A3-1和Fe(aq) 3+/Fe(aq),从而计算出系列A(aq1),记为(A(aq1))1~(A(aq1))N
已知系列标准溶液中三价铁与总铁的含量比例Fe(aq) 3+/Fe(aq),以及系列A(aq1),得到A(aq1)与Fe(aq) 3+/Fe(aq)的回归方程
A(aq1)=a3+b3·(Fe(aq) 3+/Fe(aq)),
式中,a3、b3均为拟合常数;
利用回归方程修正系列A(aq1),从而得到系列修正后的值A(aq2),记为(A(aq2))1~(A(aq2))N
然后,利用分光光度计测得玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+,假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)与玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+的回归方程和A(aq2)与A3的回归方程的形式相同,根据分光光度计测得的(A3)1~(A3)N以及计算得到的(A(aq2))1~(A(aq2))N,得到A3与A(aq2)的回归方程,从而得到A(s)Fe 3+与A(s)的回归方程②:
A(s)=a+b·A(s)Fe 3++x·(A(s)Fe 3+)2+y·(A(s)Fe 3+)3
式中,a、b、x、y均为拟合常数;
在步骤(5)中,根据比尔定律,得出玻璃中三价铁含量Fe(s) 3+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt=A(s)Fe 3+/A(s),假设玻璃的吸收系数K(s)与标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃的kt与A(s)Fe 3+/A(s)比值的回归方程与标准溶液的Fe(aq) 3+/Fe(aq)比值与A3/A(aq2)比值的回归方程的形式相同;根据已知的系列标准溶液中三价铁与总铁的含量比例(Fe(aq) 3+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 3+/Fe(aq))N、利用所述回归方程修正得到的(A(aq2))1~(A(aq2))N、以及(A3)1~(A3)N,得出Fe(aq) 3+/Fe(aq)比值与A3/A(aq2)比值的回归方程,从而得到kt与A(s)Fe 3+/A(s)比值的回归方程③:
kt=a1+b1·(A(s)Fe 3+/A(s))+x1·(A(s)Fe 3+/A(s))2+y1·(A(s)Fe 3+/A(s))3
式中,a1、b1、x1、y1均为拟合常数;
在步骤(7)中,据式⑥:ε=K(aq)/K(s)=(A·d(s)·Fe(s))/(A(λ)·d(aq)·Fe(aq) 3+),其中,A与A(λ)的比值A/A(λ)由A3/A(s)Fe 3+的比值开方得到,进而得到玻璃与标准溶液的吸收系数换算值ε。
4.根据权利要求2或3所述的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,
找Y(Y≥10)个不同厚度的同种玻璃样品,以及系列已知二价铁和三价铁含量比值的标准溶液,对于所有玻璃样品,分别采用权利要求2或3中任一项所述步骤(1)~(8)的方法得出系列εM,记为(εM)1~(εM)Y,对于不同厚度的同种玻璃,得到εM与玻璃厚度d(s)的回归方程
εM=a4+b4·d(s)+x4·d(s) 2+y4·d(s) 3,式中,a4、b4、x4、y4均为拟合常数;
将玻璃厚度d(s)代入回归方程即得到该厚度玻璃的εM
再根据式⑦:k=ktM,得到该厚度玻璃中三价铁含量与总铁含量的实际比值k,式中,kt由回归方程③得到,进而由式⑧和式⑨得到该厚度玻璃中二价铁和三价铁的含量。
5.一种玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,其包括:
首先测出所述待测玻璃中的总铁含量Fe(s),配制系列已知二价铁和三价铁含量比值的标准溶液,标准溶液总铁含量Fe(aq)与玻璃中总铁含量Fe(s)相等或相近;然后测出各标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积A2,假设玻璃吸收系数K(s)与所述标准溶液吸收系数K(aq)相同,得到玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+与玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)的回归方程,算出A(s);据比尔定律,玻璃中二价铁含量与铁含量的理论比值kt’=A(s)Fe 2+/A(s),再次假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,从而得到kt’与A(s)Fe 2+/A(s)比值的回归方程并且将A(s)Fe 2+/A(s)的比值代入该方程,得到kt’;再根据K(aq)/K(s)的比值得到玻璃与系列标准溶液的吸收系数换算值ε,找出系列标准溶液中A2与玻璃A(s)Fe 2+的值最接近的标准溶液,该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM;从而得到玻璃中二价铁含量与总铁含量实际比值k=kt’/εM,进而得到二价铁和三价铁含量。
6.根据权利要求5所述的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,其包括下述步骤:
(1)由光谱分析法测出玻璃中的总铁含量Fe(s),配制一系列已知二价铁和三价铁含量比例的且总铁含量与玻璃中总铁含量相等或相近的标准溶液1~N,系列标准溶液中二价铁的含量Fe(aq) 2+记为(Fe(aq) 2+)1~(Fe(aq) 2+)N,系列标准溶液中二价铁和三价铁的总含量相等,即为标准溶液中总铁含量Fe(aq)
(2)分光光度计测得的系列标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积A2记为(A2)1~(A2)N,系列标准溶液中总铁在全波长下的最大吸收峰面积A(aq)记为(A(aq))1~(A(aq))N,根据比尔定律,得到式I:A2/A(aq)=Fe(aq) 2+/Fe(aq)
(3)利用分光光度计测得玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+,假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)与玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+的回归方程和A(aq)与A2的回归方程的形式相同,根据分光光度计测得的(A2)1~(A2)N以及式I得出的相应的(A(aq))1~(A(aq))N,得到A2与A(aq)的回归方程,从而得到A(s)Fe 2+与A(s)的回归方程II:
A(s)=a5+b5·A(s)Fe 2++x5·(A(s)Fe 2+)2+y5·(A(s)Fe 2+)3
式中,a5、b5、x5、y5均为拟合常数;
(4)利用方程②计算出玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s),由此,计算出玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+与玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)的比值,即A(s)Fe 2+/A(s)
(5)根据比尔定律,得出玻璃中二价铁含量Fe(s) 2+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt’=A(s)Fe 2+/A(s),假设玻璃的吸收系数K(s)与标准溶液的吸收系数K(aq)相同,从而玻璃中的二价铁含量Fe(s) 2+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt’与A(s)Fe 2+/A(s)比值的回归方程与标准溶液的Fe(aq) 2+/Fe(aq)比值与A2/A(aq)比值的回归方程的形式相同;根据已知的系列标准溶液中二价铁与总铁的含量比值(Fe(aq) 2+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 2+/Fe(aq))N,分光光度计测得的(A2)1~(A2)N,以及式I得出的(A(aq))1~(A(aq))N,从而得出Fe(aq) 2+/Fe(aq)比值与A2/A(aq)比值的回归方程,从而得到kt’与A(s)Fe 2+/A(s)比值的回归方程III:
kt’=a6+b6·(A(s)Fe 2+/A(s))+x6·(A(s)Fe 2+/A(s))2+y6·(A(s)Fe 2+/A(s))3
式中,a6、b6、x6、y6均为拟合常数;
(6)据比尔定律,玻璃吸收系数K(s)表达式IV为:K(s)=A(λ)/(d(s)·Fe(s)),式中,A(λ)为玻璃对一单色光的吸光度;d(s)为玻璃厚度;
标准溶液的吸收系数K(aq)的表达式V为:K(aq)=A/(d(aq)·Fe(aq) 2+),式中,A为标准溶液对所述单色光的吸光度;d(aq)为标准溶液厚度;
(7)据式VI:ε=K(aq)/K(s)=(A·d(s)·Fe(s))/(A(λ)·d(aq)·Fe(aq) 2+),其中,A与A(λ)的比值A/A(λ)由A2/A(s)Fe 2+的比值开方得到,进而得到玻璃与标准溶液的吸收系数换算值ε;
(8)根据系列标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积(A2)1~(A2)N,得到系列标准溶液的ε,分别记为ε1,ε2,ε3,……εN,找出系列标准溶液中A2与玻璃A(s)Fe 2+的值最接近的标准溶液,该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM;或者,
根据系列标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积(A2)1~(A2)N,得到系列吸收系数换算值ε,分别记为ε1,ε2,ε3,……εN,所述玻璃A(s)Fe 2+的值介于两个标准溶液的A2值(A2)B和(A2)B+1之间,所述两个标准溶液的A2值所对应的ε值分别为εB和εB+1,得到ε关于A2的直线方程ε=α0A20,其中,α0和β0为常数,将所述玻璃A(s)Fe 2+的值代入ε关于A2的直线方程,得到该标准溶液所对应的吸收系数换算值为εM
(9)根据式VII:k’=kt’/εM,得到玻璃中二价铁含量与总铁含量的实际比值k’,式中,kt’由回归方程III得到;
(10)根据表达式VIII:Fe(s) 2+=k’·Fe(s),得到玻璃中二价铁的实际含量Fe(s) 2+
(11)根据式IX:Fe(s) 2+=Fe(s)·(1-k’),得到玻璃中三价铁的实际含量Fe(s) 3+
7.根据权利要求6所述的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,
所述步骤(3)中,已知系列标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积A2值(A2)1~(A2)N,以及系列Fe(aq) 2+/Fe(aq)的比值(Fe(aq) 2+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 2+/Fe(aq))N,得到A2与Fe(aq) 2+/Fe(aq)的回归方程X:
A7=a7+b7·(Fe(aq) 2+/Fe(aq)),
式中,a7、b7均为拟合常数;
然后,利用回归方程X修正系列标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积A2,得到系列修正值A2-1,记为(A2-1)1~(A2-1)N
根据比尔定律,得到关系式XI:A2-1/A(aq1)=Fe(aq) 2+/Fe(aq),式中,A(aq1)为修正后的标准溶液中总铁在全波长下的最大吸收峰面积;
已知系列标准溶液的A2-1和Fe(aq) 2+/Fe(aq),从而计算出系列A(aq1),记为(A(aq1))1~(A(aq1))N
已知系列标准溶液中二价铁与总铁的含量比例Fe(aq) 2+/Fe(aq),以及系列A(aq1),得到A(aq1)与Fe(aq) 2+/Fe(aq)的回归方程XII:
A(aq1)=a8+b8·(Fe(aq) 2+/Fe(aq)),
式中,a8、b8均为拟合常数;
利用回归方程XII修正系列A(aq1),得到系列修正后的值A(aq2),记为(A(aq2))1~(A(aq2))N
然后,利用分光光度计测得玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+,假设玻璃的吸收系数K(s)与所述标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃中总铁的最大吸收峰面积A(s)与玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+的回归方程和A(aq2)与A2的回归方程的形式相同,根据分光光度计测得的(A2)1~(A2)N以及计算得到的(A(aq2))1~(A(aq2))N,得到A2与A(aq2)的回归方程,从而得到A(s)Fe 2+与A(s)的回归方程II:
A(s)=a5+b5·A(s)Fe 2++x5·(A(s)Fe 2+)2+y5·(A(s)Fe 2+)3
式中,a5、b5、x5、y5均为拟合常数;
在步骤(5)中,根据比尔定律,得出玻璃中二价铁含量Fe(s) 2+与总铁含量Fe(s)的理论比值kt’=A(s)Fe 2+/A(s),假设玻璃的吸收系数K(s)与标准溶液的吸收系数K(aq)相同,则玻璃的kt’与A(s)Fe 2+/A(s)比值的回归方程与标准溶液的Fe(aq) 2+/Fe(aq)比值与A2/A(aq2)比值的回归方程的形式相同;根据已知的系列标准溶液中二价铁与总铁的含量比例(Fe(aq) 2+/Fe(aq))1~(Fe(aq) 2+/Fe(aq))N、利用回归方程XII修正得到的(A(aq2))1~(A(aq2))N、以及(A2)1~(A2)N,得出Fe(aq) 2+/Fe(aq)比值与A2/A(aq2)比值的回归方程,从而得到Fe(s) 2+/Fe(s)的比值与A(s)Fe 2+/A(s)比值的回归方程III:
kt’=a6+b6·(A(s)Fe 2+/A(s))+x6·(A(s)Fe 2+/A(s))2+y6·(A(s)Fe 2+/A(s))3
式中,a6、b6、x6、y6均为拟合常数;
在步骤(7)中,据式VI:ε=K(aq)/K(s)=(A·d(s)·Fe(s))/(A(λ)·d(aq)·Fe(aq) 2+),其中,A与A(λ)的比值A/A(λ)由A2/A(s)Fe 2+的比值开方得到,进而得到玻璃与标准溶液的吸收系数换算值ε。
8.根据权利要求6或7所述的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,
找Y(Y≥10)个不同厚度的同种玻璃样品,以及系列已知二价铁和三价铁含量比值的标准溶液,对于所有玻璃样品,分别采用权利要求6或7中任一项所述步骤(1)~(8)的方法得出系列εM,记为(εM)1~(εM)Y,对于不同厚度的同种玻璃,得到εM与玻璃厚度d(s)的回归方程XIII:
εM=a9+b9·d(s)+x9·d(s) 2+y9·d(s) 3
式中,a9、b9、x9、y9均为拟合常数,
将玻璃厚度d(s)代入回归方程XIII,即得到该厚度玻璃的εM
再根据式VII:k’=kt’/εM,得到玻璃中二价铁含量与总铁含量的实际比值k’,式中,kt’由回归方程III得到,进而由式VIII和式IX得到该厚度玻璃中二价铁和三价铁的含量。
9.一种玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,其包括下述步骤:
(1)由光谱分析法测出玻璃中的总铁含量Fe(s),配制一系列已知二价铁和三价铁含量比例的且总铁含量与玻璃中总铁含量相等或相近的标准溶液1~N;
系列标准溶液中三价铁的含量Fe(aq) 3+记为(Fe(aq) 3+)1~(Fe(aq) 3+)N,系列标准溶液中二价铁含量Fe(aq) 2+相应记为(Fe(aq) 2+)1~(Fe(aq) 2+)N,系列标准溶液中二价铁和三价铁的总含量相等,即为标准溶液中总铁含量Fe(aq)
(2)分光光度计测得的系列标准溶液中二价铁的最大吸收峰面积A2记为(A2)1~(A2)N,分光光度计测得的系列标准溶液中三价铁的最大吸收峰面积A3记为(A3)1~(A3)N,系列标准溶液中总铁在全波长下最大吸收峰面积A(aq)记为(A(aq))1~(A(aq))N,据比尔定律,得Fe(aq) 3+/Fe(aq) 2+与A3/A2的回归方程:Fe(aq) 3+/Fe(aq) 2+=a10+b10·(A3/A2),式中,a10和b10均为常数;
(3)利用分光光度计测得玻璃中二价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 2+以及玻璃中三价铁的最大吸收峰面积A(s)Fe 3+;Fe(aq) 3+/Fe(aq) 2+与A3/A2的回归方程的形式和Fe(s) 3+/Fe(s) 2+与A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+的回归方程的形式相同,从而得到Fe(s) 3+/Fe(s) 2+与A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+的回归方程:
Fe(s) 3+/Fe(s) 2+=a10+b10·(A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+),
将A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+代入上述Fe(s) 3+/Fe(s) 2+与A(s)Fe 3+/A(s)Fe 2+的回归方程,得到玻璃中三价铁含量与二价铁含量的比值Fe(s) 3+/Fe(s) 2+
(4)利用关系式Fe(s) 2+=Fe(s)/(1+Fe(s) 3+/Fe(s) 2+),得到玻璃中二价铁含量;玻璃中三价铁含量Fe(s) 3+=Fe(s)-Fe(s) 2+
10.根据权利要求1~9中任一项所述的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,所述各回归方程的形式不限,回归方程的置信水平≥95%。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,所述玻璃与标准溶液的吸收系数换算值ε≥0.1。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,所述标准溶液中Fe(aq) 2+/Fe(aq)的比值介于4%到96%之间,所述标准溶液pH≤0.5。
13.根据权利要求1~12中任一项所述的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,所述标准溶液的总铁含量与玻璃中总铁含量相差±0.01%。
14.根据权利要求1~13中任一项所述的玻璃中二价铁和三价铁含量的测定方法,其中,所述标准溶液与玻璃中三价铁最大吸收峰面积所对应的波长范围均为190nm~400nm;所述标准溶液与玻璃中二价铁最大吸收峰面积所对应的波长范围均为900nm~1100nm。
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