石英玻璃中羟基含量的红外光谱法测量
石英管中羟基含量的测定
为了测定石英管中的羟基浓度, 必须要 测定羟基( OH) 伸缩振动所引起的吸收峰处 光密度, 也就是在吸收峰处测出其最大透过 率和最小透过率, 这一工作可以作得十分精 确。由方程( 3) 可知, 还必须要先测出石英管 中羟基( OH) 的消光系数 EOH 值, 根据有关资 料报导, 石英中羟基( OH) 的消光系数测量值 EOH 有五种之多, 且它们之间的差别很大, 它 们分别为:
1999 年 4 月
灯与照明
第 23 卷第 2 期
石英管中羟基含量的测定
杨 耕 兴 崔 一 平 钟 女原 罗 宗 南 杨 正 名
( 东南大学电子工程系)
1 引言
石英管中的羟基( OH ) 将对石英的物理 性质及结构产生影响, 随着羟基( OH) 浓度的 提高, 其粘度、密度和折射率都随之减小而膨 胀系数增加, 金卤灯用的石英管当羟基( OH) 含量增加时, 将会严重影响灯的质量, 因此必 须严格监控石英管中羟基含量。测定石英管 中羟基( OH ) 含量最为广泛应用的方法是透 射红 外 光 谱 测 定 法 ( T ransmission Inf rared Spect roscopy ) 该方法使用 方便, 光谱 测试精 确, 测定重复性好, 且具有非接触, 无破坏的 优点, 但这种方法也存在缺点, 本文将介绍这 种方法。
77. 5 L/ mol#cm
( 1960 年测得)
93 L / mol#cm
( 1960 年测得)
58 L / mol#cm 43 L / mol#cm
( 1975 年测得) ( 1976 年测得)
90. 5 L/ mol#cm
( 1982 年测得)
最小值和 最大值之 间的差 值有一倍 之
多, 这意味着所测得同一光密度, 由于消光系 数的不同, 可以有不同的羟基浓度值, 由此可
红外光谱法测定玻璃中羟基含量
红外光谱法测定玻璃中羟基含量玻璃中的羟基会严重影响玻璃的性能,即使羟基重量含量低于1 % ,它也会明显地影响玻璃的粘度、密度、折射率和热膨胀系数。
同时,由于玻璃中羟基的存在,它将对某种波长的红外光波形成强烈的吸收,这对于光纤通讯中光学材料的选择是一个十分重要的问题。
在电光源行业中,玻璃中羟基含量的高低是直接影响气体放电灯的质量。
因此,需要严格监控玻璃中的羟基含量。
此外,为了研究羟基含量与玻璃性能之间的关系,以便为设计与制造具有一定特性的玻璃提供必要的数据,这也需要定量地测定玻璃中羟基的含量。
测定玻璃中羟基含量的方法有两类:一、水的热除气法; 二、光谱法。
比较这两类方法,光谱法更具有其优越性,该法在测试过程中,玻璃内所有羟基都将被探测,但该法需要已知羟基含量的校准标准。
在光谱法中又可分为红外光谱法和核磁共振法,比较这两种方法,红外光谱法所需技术设备要求较低,且其光谱测量准确迅速。
因此红外光谱法是测定玻璃中羟基含量用得最为广泛的一种方法,本文将叙述这种方法。
玻璃中羟基伸展振动的红外谱玻璃中羟基伸展振动的红外吸收峰的位置及其宽度依赖于羟基是否形成氢键以及氢键的强度,氢键的强度越强,则吸收峰的波长越长,且缝的宽度也越大,在石英玻璃中,因无氢键存在,石英中羟基是自由羟基,因此其吸收峰的位置偏于短波(3670cm- 1) ,且吸收峰的宽度也较窄,在BCYA 玻璃中25BaF2 ,16CaF2 ,16YF3 ,43AlF3 (mol %) ]由于形成了氢键,其吸收峰位于3570cm- 1处,较石英玻璃的吸收峰的位置偏于长波段,且峰较宽,在BGZA 玻璃中[3117BAF2，318GdF3,6015 ZrF4,4A1F3[ (mol %) ]形成了更强的氢键,其吸收峰的位置更偏于长波段(3450cm- 1 ) 且峰更宽石英玻璃中羟基含量的测定灯用石英玻璃中羟基含量对灯的质量将会产生重大影响, 一般灯用石英玻璃中羟基含量都是很低的, 该羟基含量可用公式(2)我们采用Nicolet Avatar 360 型付里叶红外光谱仪对一块低羟基含量石英玻璃进行测量, 由于红外光谱法测定玻璃中的羟基含量需要已知羟基含量的校准标准。
傅里叶变换红外光谱测量熔石英中宽范围的Si―OH含量
Ｓ ｉ — ＯＨ含 量 测 量 。
关键词 ：傅里叶变换红外光谱；熔石英；Ｓ ｉ —ＯＨ ；测量动态范 围
ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｆ ｕ ｓ ｅ ｄ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ． Ｈｏ ｗｅ ｖ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｉ ｓ Ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｄ ｂ ｙ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｍｏ ｌ ｅ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ａ ｂ ｓ ｏｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｎ ｌ ｏ ｗ Ｓｉ — ＯＨ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ａｎ ｄ ａｂ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｈ ｉ ｇ ｈ Ｓｉ — ＯＨ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ． Ｉ ｅ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｅ ｄ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ —
ｔ ｒ ａ ｎｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｎ ａ ｒ ｅ ｄ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐｙ
Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｚ ｈ ｏ ｕ ， ａ ｎ ｄ Ｂ ｉ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｌ ｉ ， 。
Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅｏ ｆ Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄＥ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎｉ ｃ ｓ ， Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅＡｃ ａ ｄ ｅ ｍｙｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ ０ ２ ０ ９ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ； 。 Ｇｒ ａ ｄ ｕ ａ ｔ ｅＵｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ
石英管中的羟基
石英管中的羟基溶解在石英玻璃中的水称为羟基。
羟基是石英玻璃中的主要杂质，影响羟基含量的主要因数是原料，工艺和加工方法。
随着石英玻璃中羟基含量的变化，石英玻璃的性能也发生变化。
随着羟基含量增加，石英玻璃的粘度，密度，折射率减小，红外吸收，膨胀系数增加。
脱羟根据羟基在石英玻璃中的表现，可以把石英玻璃分成两类，一类是氧化气氛生产的石英玻璃；另一类是还原气氛熔化的石英玻璃，前者的羟基用加热的方法难以去掉，后者容易脱掉。
氧化气氛生产的的石英玻璃有：（1）合成石英玻璃，四氯化硅在氢氧焰中热解，羟基含量1000--2000ppm左右。
（2）气炼石英玻璃：氢氧焰熔化石英粉，羟基含量100-200ppm。
（3）等离子法石英玻璃：用等离子焰熔化石英粉，基含量20-30ppm。
（4）熔石英：空气气氛下，熔化石英粉，羟基含量300-500ppm。
这类石英玻璃的羟基用热处理方法难以脱掉，一直加热到1350度，析晶温度以上时，才可以明显的脱羟。
还原气氛熔化的石英玻璃：在氢气气氛下熔化的石英玻璃，羟基含量100-200ppm；在900度以上加热，可以脱掉大部分羟基。
在氦气或真空中熔化的石英玻璃羟基含量很少（5ppm以下）。
氢气气氛熔化的石英玻璃中的羟基和以下因数有关：（1）和原料性能有关a 溶解水；b 结晶水；c 间隙水；b 表面吸附水；e 气液包裹体；（2）和原料杂质含量和种类有关a 碱金属氧化物；b 碱土金属氧化物；c 稀土氧化物（3）和熔化条件有关温度；时间；气氛（4）和脱羟条件有关环境，真空度；时间；温度氧化气氛熔化的石英玻璃再在氢气气氛中二次熔化，块料（2*10*20mm）熔化后，羟基在2.73微米的吸收峰没有变化，羟基仍旧难以脱掉；说明熔化温度不是造成两种玻璃脱羟性能差别的原因。
粉状氧化气氛熔化的石英玻璃（粒度0.2—0.05mm）在氢气气氛中二次熔化后羟基在2.73微米的吸收峰有明显变化，羟基容易脱掉，性能接近于氢气气氛熔化的石英玻璃。
石英玻璃中羟基含量的准确测定
石英玻璃中羟基含量的准确测定①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 石英玻璃 羟基 红外光谱Precise Determination of H ydroxy in Q u artz G lassS un Y ubi n(Center of Material Research and Analysis,Wuhan University of Technology)O uyang B aohua(Jingzhou Quartz G lass Factory)Abstract The excellent performance and function of quartz glass and the significant influence of hy2 droxy on product’s quality were reported in this paper.quartitative method of hydroxy in quartz glass was re2 searched by IR.It was accurate,repeatable and rapid.K ey w ords 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。
石英羟基含量测试
石英羟基含量测试
石英是一种硬度很高的矿物，主要成分是二氧化硅（SiO2）。
然而，石英也可能含有微量的杂质元素和结构缺陷，其中羟基（-OH）是常见的杂质之一。
羟基的存在会影响石英的性质，例如它的红外光谱特性，因此测量石英中羟基的含量对于材料科学和地球化学研究非常重要。
测试石英中羟基含量的常用方法包括：
1. X射线衍射（XRD）：X射线衍射技术可以用来鉴定石英的晶体结构，并且能够提供关于晶体中硅氧四面体排列的信息。
2. 傅里叶变换红外光谱（FTIR）：羟基在石英结构中的存在会导致特定的红外吸收峰。
FTIR光谱分析可以检测这些吸收峰，从而推算出羟基的含量。
3. 核磁共振（NMR）：虽然不太常用于测定石英中羟基含量，但NMR技术可以用来研究含有氢原子的杂质，例如自然丰度的氘（重氢）。
4. 热释光测年（TL）/热发光测年（OSL）：这些技术
通常用于考古样品的年龄测定，但它们也可以间接揭示石英中羟基的含量，因为羟基的存在会影响矿物的辐射敏感性。
5. 电子顺磁共振（EPR）：EPR可以检测含有未成对电子的物质，有时也可以用来研究含有羟基的石英样品。
6. 拉曼光谱：拉曼光谱分析可以提供有关晶体结构和杂质的化学状态的信息，包括羟基的存在。
在实际操作中，选择哪种测试方法取决于样品的类型、所需的精度以及实验室的设施。
通常，FTIR是测定石英中羟基含量最常用的方法，因为它既快速又灵敏。
然而，对于一些特殊的研究目的，可能需要综合使用多种技术来获得最准确的结果。
石英玻璃的红外光谱
石英玻璃的红外光谱
在红外光谱中，石英玻璃表现出了一些特征峰和吸收带。
其中，在4-5微米范围内，石英玻璃表现出了强烈的吸收峰，这与其分子
结构中的Si-O 键振动有关。
此外，在8-14微米范围内，石英玻璃
也表现出了一些吸收带，这与其分子结构中的O-Si-O 弯曲振动和
Si-O-Si 弯曲振动有关。
石英玻璃的红外光谱特性对于其在红外光学、光纤通信、激光
技术等领域的应用具有重要意义。
通过研究石英玻璃的红外光谱特性，可以更好地了解其结构和性能，为其在各种领域的应用提供理
论基础和技术支持。
总的来说，石英玻璃的红外光谱特性主要集中在2.5-25微米的
波长范围内，其吸收峰和吸收带与其分子结构中的振动模式密切相关，对于材料的研究和应用具有重要意义。
石英玻璃及原料中羟基的研究
石英玻璃及原料中羟基的研究
石英玻璃是一种由石英（二氧化硅）为主要成分的无机非晶态材料。
在石英玻璃中，羟基（OH）是非常重要的原料和组成部分。
羟基通常以氢氧根（OH-）的形式存在。
研究石英玻璃及其原料中羟基的工作主要包括以下几个方面：
1. 羟基含量分析：羟基含量可以通过取样或者化学方法分析得到。
常用的分析方法包括红外光谱分析、核磁共振和质谱等技术。
2. 羟基的来源：羟基在石英玻璃中主要来自于原料中的水分或其他有机物的氧化产物。
研究羟基的来源可以通过分析原料中的含水量或者通过追踪有机物的转化过程来实现。
3. 羟基对石英玻璃性能的影响：羟基含量和分布在很大程度上影响了石英玻璃的物理和化学性质，如硬度、透明度和化学稳定性等。
研究羟基与石英玻璃性能之间的关系，有助于理解和改善石英玻璃材料的性能。
4. 羟基与应用的相关性：羟基在石英玻璃中的存在对不同应用有不同的影响。
例如，在光学领域中，羟基可以影响石英玻璃的折射率和散射特性；在电子和光电领域中，羟基可以影响石英玻璃的电学和光学性能。
研究羟基在不同应用中的作用，对于优化石英玻璃的性能具有重要意义。
总的来说，研究石英玻璃及其原料中羟基的工作有助于深入理
解石英玻璃的性质和应用，并为改进和开发新型石英玻璃材料提供科学依据。
康宁7980羟基含量
康宁7980羟基含量1. 引言康宁7980是一种高纯度石英玻璃，具有出色的物理和化学性质，广泛应用于光学、电子、光纤通信等领域。
羟基含量是评估康宁7980材料质量的重要指标之一。
本文将详细介绍康宁7980羟基含量的测定方法、影响因素以及其在实际应用中的意义。
2. 测定方法2.1 羟基含量的定义羟基含量是指材料中羟基（OH）的浓度，通常以ppm（百万分之一）为单位表示。
2.2 羟基含量的测定方法测定康宁7980羟基含量有多种方法，其中比较常用的是红外吸收光谱法和核磁共振法。
2.2.1 红外吸收光谱法红外吸收光谱法是通过测定样品在特定波长范围内对红外辐射的吸收程度来推断其中羟基含量。
该方法简单快速，但需要专业仪器设备和经验丰富的操作人员。
2.2.2 核磁共振法核磁共振法利用样品中氢原子核的信号来确定羟基含量。
该方法准确性高，但需要较长的测试时间和复杂的操作步骤。
3. 影响因素3.1 材料纯度康宁7980材料的纯度对羟基含量有很大影响。
高纯度的材料通常羟基含量较低，而杂质可能会引入额外的羟基。
3.2 制备工艺制备康宁7980材料的工艺条件也会对羟基含量产生影响。
不同的制备工艺可能导致不同程度的羟基形成。
3.3 环境条件环境条件如温度、湿度等也可能对康宁7980材料中羟基含量产生影响。
高温、高湿环境可能导致羟基生成或分解，从而改变其含量。
4. 应用意义康宁7980羟基含量在实际应用中具有重要意义：4.1 光学领域康宁7980作为光学材料，其光学性能直接受到羟基含量的影响。
较低的羟基含量可以提高材料的透明度和光学传输性能。
4.2 电子领域在电子器件中，康宁7980常用于制作半导体衬底。
羟基含量的控制可以影响材料的电学性能和表面特性，从而影响器件的性能和可靠性。
4.3 光纤通信领域康宁7980也广泛应用于光纤通信领域。
羟基含量的控制对光纤的损耗、色散等参数有重要影响，直接关系到光纤通信系统的性能。
5. 结论康宁7980羟基含量是评估该材料质量的重要指标之一。
石英玻璃中羟基含量的红外光谱法测量
石英玻璃中羟基含量的红外光谱法测量
郭典清;刘木清
【期刊名称】《照明工程学报》
【年(卷),期】2007(18)2
【摘要】文章简要介绍了石英玻璃灯管中羟基含量多少对灯管质量的影响.并用傅里叶红外光谱仪通过实验测出石英玻璃吸收光谱图,然后用国家标准计算法和通用电气公司方法分别计算羟基含量并做出比较.
【总页数】3页(P17-19)
【作者】郭典清;刘木清
【作者单位】复旦大学电光源研究所,上海,200433;复旦大学电光源研究所,上海,200433
【正文语种】中文
【中图分类】TU1
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3.付立叶变换红外光谱仪测量石英玻璃管羟基含量 [J], 高学军
4.红外光谱法测定羟基硅油中羟基含量 [J], 吕家申
5.熔制气氛对石英玻璃中羟基含量及稳定性的影响 [J], 肖鹏;王玉芬;向在奎;聂兰舰;王蕾;邵竹锋;符博;贾亚男;王慧;王宏杰;饶传东;张辰阳
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玻璃管中羟基含量的测定
玻璃管中羟基含量的测定梁海霞【摘要】传统的石英玻璃管中羟基检测采用的是光栅式红外分光光度计.这种测量方法精度低、效率低,限制了其在石英玻璃管生产中的质量控制.本文采用的傅立叶变换红外光谱仪直接对样品进行全波段扫描,然后根据谱图,直接测量校正峰高,代入经验公式对羟基含量进行定量计算.这种方法能够快速、准确地完成对玻璃管中羟基含量的测定.【期刊名称】《江西化工》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】3页(P159-161)【关键词】石英玻璃管;羟基含量;傅里叶变换红外光谱仪【作者】梁海霞【作者单位】连云港市产品质量监督检验中心,江苏连云港222000【正文语种】中文1 引言石英玻璃的主要成分是 SiO2，其含量大于99.99%，除了杂质外，石英玻璃中还存在一种结构缺陷，即羟基。
羟基含量的高低会对其在电光源以及光纤的领域的应用产生重要的影响。
质量等级高的石英玻璃要求石英玻璃中的羟基含量小于5ppm［1］。
传统的高压汞灯管羟基含量要求不大于10ppm，金属卤化物灯管的羟基含量要求不大于3ppm。
传统石英玻璃管中羟基含量的测定按照GB/T12442－90《石英玻璃中羟基含量检验方法》采用的是光栅式红外分光光度计测定波长在2.00～3.30μm范围内的光谱透过曲线，采用人工法在图谱上作出基线，测定出2.73μm处基线到零线和吸收峰到零线的距离。
根据标准中羟基含量的计算公式计算出石英玻璃管中的羟基含量［2］。
这种测量方法精度低、效率低，限制了其在石英玻璃生产中的质量控制。
而采用傅立叶变换红外光谱仪不仅可以快速对石英玻璃管中羟基在红外光谱区的特征吸收(3663cm－1附近)进行定性鉴别，还可以根据谱图，直接测量吸收峰到基线的距离，代入经验公式对羟基含量进行定量分析。
2 测量仪器傅里叶变换红外光谱仪:nicolet6700美国热电公司;羟基测试附件:羟基测试支架;千分尺:0.01mm;无水乙醇:分析纯(AR);测试条件分辨率:4cm－1;扫描次数:32次;测试波数范围:400～4000cm－1。
20120208 石英玻璃及其水晶原料中羟基的研究
第30卷第3期硅酸盐学报Vol.30,No.3 2002年6月JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY J u ne,2002石英玻璃及其水晶原料中羟基的研究周永恒,顾真安(中国建筑材料科学研究院,北京 100024)摘 要:研究了石英玻璃与水晶原料之间羟基的遗传关系.用红外光谱法研究透明水晶和普通石英的吸收光谱和水晶中的羟基特征;四极质谱仪测定石英玻璃热处理时释放的氢气,通过电子自旋共振(ESR)分析玻璃结构中E′心缺陷对脱羟的作用.用氢同位素(氘)示踪法研究石英玻璃羟基的来源,结果表明:石英玻璃中难消除的羟基随水晶原料中结构水含量升高而增加,但并非来源于水晶原料,而与结构缺陷E′心相关.关键词:石英玻璃;水晶矿;羟基;结构缺陷中图分类号:TQ171 文献标识码:A 文章编号:0454-5648(2002)03-0357-05STU DY ON H YD R OX YL IN QUARTZ G LASS AN D QUARTZ RAW MATERIALSZHOU Yongheng,GU Zhenan(China Building Materials Academy,Beijing 100024)Abstract:The heredity relationship between hydroxyl in quartz raw materials and quartz glass melted under hydrogen atmosphere was studied.The IR spectra show that the hydroxyl groups in quartz have different characteristics from those of the molecule water in quartz.Quadrupole mass spectrometry indicates that H2is released from quartz glass during heat-treatment.But there is still a part of the hydroxyl groups remained in the quartz glass.This hardly removed hydroxyl groups are correlated with the structural site E′-center as measured by ESR that can be transmitted from the quartz raw materials to the quartz glass.K ey w ords:quartz glass;quartz;hydroxyl group;structural defects 水晶是无色透明的石英晶体,化学组成为SiO2.石英玻璃的主要特点是SiO2含量大于99.99%,因此高纯石英玻璃选用水晶作原料.除杂质外,石英玻璃还普遍存有一种缺陷,即结构中的羟基,也称为结构水.石英玻璃的传统用途(电光源等)和现代高科技应用(光纤等)都受到羟基的影响,所以石英玻璃羟基的研究一直受到重视[1,2];矿物结构水的研究主要集中于云母等有羟基组成的矿物[3],而水晶矿中羟基的存在及检测方法却鲜见报道.高档石英玻璃要求羟基含量(质量分数,下同)低于5×10-6,甚至不到1×10-6.在氢气保护下高收稿日期:2001-09-04.修改稿收到日期:2001-11-05.作者简介:周永恒(1971～),男,博士研究生.温电炉熔制的石英玻璃含有150×10-6左右的羟基,经过高温脱羟处理后,可降低至5×10-6～40×10-6范围内,这部分难以消除的残余羟基仍制约材料的应用,如金属卤化物光源用石英玻璃中的羟基必须降低到1×10-6.实践中发现石英玻璃的残余羟基含量与原料矿来源相关,而石英玻璃原料却缺乏与羟基有关的研究内容.本工作研究了水晶原料中结构水的存在及其对石英玻璃羟基的影响,探索低羟基石英玻璃原料的制备途径.1 实 验R eceived d ate:2001-09-04.Approved d ate:2001-11-05. Biography:ZHOU Y ongheng(1971—),male,postgraduate for doctor degree.E-m ail:zhouyongheng@1.1 红外光谱测试用Perkin -Elmer1600型红外光谱仪测试样品的红外吸收,样品双面抛光,厚度由样品的羟基或水含量而定.普通石英矿包裹体中含有大量分子水,样品厚度为0.5mm.而水晶中羟基含量很低,厚样品才能在红外光谱中显示出羟基的特征吸收,所以水晶样品取5mm 厚的透明晶体.石英玻璃样品是水晶粉在氢气保护的高温电炉中熔制而成,厚2mm ,测定了热处理(1000℃)前、后的红外光谱.1.2 排气试验采用四极质谱仪(日本真空技术株式会社-ULVAC 的R G 202P 型)研究热处理过程中石英玻璃释放的气体,石英玻璃样品研磨成80～120目,在硝酸溶液中经超声波处理及去离子水清洗至中性,烘干.称取1.5g 石英玻璃粉样,放入四极质谱仪的真空电熔石英玻璃管中,温度调到300℃,启动四极质谱仪的真空系统以排除石英玻璃粉表面吸附的气体.1h 后,系统真空度达到3×10-6Pa ,可认为石英玻璃粉表面吸附的气体已排除.升温,同时检测石英玻璃释放的气体.当温度为900℃时停止升温,保温20min.为进一步研究水晶中高温结构水和石英玻璃中羟基,实验中采用温度可调至1400℃的气体提取装置(见图1)(四极质谱仪的温度只能升高到900℃).图1 提取氢的装置示意图Fig.1 Schematic of equipment for extracting hydrogen氢提取装置中,A 是包括装样的铂金坩埚和石英瓶;B 是高频感应炉(H.F.Field 公司生产).首先将样品加热到500℃,排除表面吸附气体.当系统真空度维持在0.1Pa 且不再变化时,调节高频加热炉B 到预定温度.样品受热释放出的气体经过两个冷阱(C ,E )、CuO 炉(D )、U 反应炉(F ),最后经Teopler 泵打入收集管(G ),用Finnigan MA T252质谱仪检测收集的气体中氢同位素氘的相对含量.气体收集过程中,利用液氮和干冰调节冷阱温度,并根据气体气化和固化温度,排除N 2,CO 2,He 等与研究目的无关的气体.图1装置能区分开样品释放的氢气和水:氢气的路径是先经过炉D (CuO )转化为水,水在冷阱E 中固化,排除无关气体后,使水挥发经过铀反应炉F 又转成氢气,最后收集到样品管中.样品释放的水的路径是先固化在冷阱C 中,排除其它气体后,使水挥发经过铀反应炉F 转成氢气,最后收集到样品管中.水晶粉和石英玻璃样品皆经1000℃预处理,粒度为80～120目,质量都为2g.1.3 电子自旋共振(ESR )测试电子自旋共振用于测定石英玻璃中的E ′心缺陷,测试仪器是Varian E109ESR 仪,磁场是(0.325±0.01)T ,扫描时间为4min ,调制频率为100kHz ,调制幅度为1×10-4T ,功率为0.1mW ,在室温下测量.2 结果分析与讨论2.1 石英玻璃中的羟基Davis 指出[4],高温形成石英玻璃中没有分子形式水,但有羟基.在红外图谱中,石英玻璃羟基的红外吸收谱带为3672cm -1(图2),吸收峰不对称,有低频拖尾现象,这是由于氢键作用使羟基振动频率变低[5],随氢键程度的增强,尾部也拉长,但不会低于3400cm -1.在氢气气氛中熔制的石英玻璃,羟基含量高达150×10-6,高温处理能降低石英玻璃中羟基含量.图3是四极质谱分析石英玻璃热处理时释放的气体图2 石英玻璃红外吸收光谱图Fig.2 IR absorbance spectra of quartz glass・853・ 硅 酸 盐 学 报 2002年 与时间、温度的关系图,图中纵座标是离子强度,可以表示气体分压,热处理时石英玻璃主要释放出H 2和少量H 2O ,900℃时释放出的H 2/H 2O 摩尔比接近1000.四极质谱实验结果表明石英玻璃受热主要释放出氢气,它来自于玻璃中的羟基和溶解的氢原子.图3 石英玻璃受热释放H 2和H 2O 的质谱分析图Fig.3 Mass spectra analyze gases released from quartz glass图3还表明温度低于900℃时,氢的释放速率随温度升高而加快,在900℃保温过程中,释放气体的速率缓慢降低,脱羟的效果逐渐下降.图2显示1000℃热处理2h 后的石英玻璃在3672cm -1处吸收强度显著下降,但仍有少量吸收,石英玻璃中仍含有难消除的残余羟基.实践表明在1000℃处理石英玻璃1h 可消除80%～95%的羟基,但再延长10h ,石英玻璃羟基的降低量很少,甚至不再下降.为进一步降低石英玻璃羟基含量,用提氢装置在1400℃高温处理已脱羟石英玻璃,质谱仪检测出收集到氢气,但玻璃析晶严重.由此可知,石英玻璃中包含易消除和难消除两部分羟基,易消除的羟基能快速释放,而难消除部分成为石英玻璃中的残留羟基,升高热处理温度可进一步释放羟基,但高温易导致玻璃析晶.2.2 水晶矿中的羟基水晶矿中水有两种存在形式,一是以水分子形式存在于包裹体中;另一种是以OH -形式参与晶格的结构水,也称为羟基.红外光谱能检测出矿物中的羟基,但水晶矿中羟基含量低,而且由于水分子与羟基的红外吸收谱带都在3100～3700cm -1范围内,羟基红外特征吸收谱带被水分子所遮盖,为了用红外光谱显示水晶中羟基的特征吸收,本工作选用含包裹体数量极小的透明水晶为研究对象,减小水分子对羟基红外光谱的影响.图4是普通石英矿的红外光谱图,含包裹体多的石英在3100～3700cm -1范围有宽广的吸收带,这归于包裹体中水分子的吸收.图5是5mm 厚透明水晶的红外吸收光谱,透明水晶在3000～3800cm -1范围内有几个尖锐的红外吸收带,显然不同于普通石英的红外吸收光谱,这是羟基特征吸收而非包裹体中的水分子.图4 含不同量水分子包裹体的普通石英红外吸收光谱图Fig.4 IR absorbance spectra of quartz with three differentamount of molecular water (thickness 0.5mm)图5 不同产地水晶的红外吸收光谱图Fig.5 IR absorbance spectra of rock crystal from variousorigin (thickness 5mm )在石英包裹体中,水分子红外谱带位置受到氢键、诱导效应影响,其宽广的吸收谱带与氢键的键长有关[6].晶体中的O —H 键伸缩振动也受到氢键、诱导效应影响,但与非晶态不同,晶体结构的规则排列导致氢键键长非连续变化,因此晶体中羟基伸缩振动谱带呈为分立、尖锐的红外吸收峰.图5还显示出不同产地的水晶中羟基红外吸收谱带位置・953・ 第30卷第3期 周永恒等:石英玻璃及其水晶原料中羟基的研究 和强度有所差别,这是由于成矿条件不同,晶体结构差别导致O —H 键伸缩振动谱带有位移.矿物晶体结构对包裹体中的水分子的氢键影响小,所以不同产地的普通石英中水的红外吸收谱带只有强度高低而无位置移动(图4),这是水分子区别于羟基的红外光谱特征.水晶原料粉经过1000℃高温处理2h 后,再用图1装置在1400℃高温处理,质谱分析结果表明释放的气体中有氢气,显然氢气是由羟基转化而成.2.3 石英玻璃的羟基与水晶原料矿中水的关系用不同产地的水晶熔制石英玻璃,脱羟后石英玻璃中残余羟基含量与水晶中羟基的相对红外吸收强度之间的关系示于图6,结果表明水晶原料中羟基含量越高,石英玻璃中的残余羟基越多.图6 石英玻璃难消除羟基含量与水晶原料中结构水关系Fig.6 Plot of hydroxyl ′s correlation between heat-treatedquartz glass and quartz raw material石英玻璃中的羟基主要是由电炉保护气体———氢气与SiO 2熔体反应形成[7],图6是否意味着石英玻璃残余羟基来自水晶原料,本实验通过分析稳定同位素氘与氢的比例进行示踪研究,验证了石英玻璃残余羟基的来源.氘是氢的稳定同位素,在化学反应中氢与氘的含量比例固定,这个比例值通常采用样品与标准大洋水(SMOW )的相对值(δD )表示[8].δD =[n (D )∶n (H )]sample[n (D )∶n (H )]SMOW-1×100式中:δD 即样品中氘与氢的实际比值除以标准大洋水中氘与氢的比值所得的样品中氘的相对值.用图1装置收集样品释放的气体,并用质谱仪分析δD 值(见表1)表1 水晶与石英玻璃释放气体的δD T able 1 Isotope content (δD )of gas from qu artz andqu artz glassSampleδD /%Quartz crystal heated at 1400℃-7.3068Quartz glass heated at 1400℃-11.8895Note :Samples had been heated at 1000℃for 2h.经1000℃脱羟过的水晶原料与石英玻璃再加热到1400℃,两种样品释放气体的δD 相差超过4.5%.石英玻璃残余羟基释放的气体中氘含量低于水晶原料中的,由此可知石英玻璃残余羟基不是来源于水晶原料的结构水.石英玻璃大部分羟基容易在1000℃时快速释放,少量羟基不易释放,Mc G innis [9]认为这与玻璃的结构调整有关.本工作发现这种残余羟基含量与水晶原料的结构水成线性关系(图6),同时用同位素示踪法证实石英玻璃残余羟基并不是水晶中的结构水,推测是水晶与石英玻璃中存在着与脱羟有关的结构位,这种结构位能促使羟基释放.成矿条件不同的水晶中这种结构位的含量存在差别,在石英玻璃制备过程中,水晶的结构位能遗传给石英玻璃,致使石英玻璃中的残余羟基与水晶原料结构水成正比例关系.2.4 E ′心缺陷促进石英玻璃的脱羟作用为了验证石英玻璃结构位与脱羟的关系,本工作研究了石英玻璃结构中E ′心(缺陷,≡Si ・)在脱羟过程中的变化(图7),图中g =2.001处是E ′心的ESR 峰[10],ESR 峰强度的变化表示在石英玻璃E ′心浓度的改变.实验结果表明:石英原料在氢气氛中熔制成石英玻璃后,E ′心浓度升高;石英玻璃脱羟后,E ′心浓度下降;当E ′心量达到一定值,与硅烷水解法合成的石英玻璃中E ′心相近时(见表2),石英玻璃中的羟基就很难降低,由此可知E ′心能促进石英玻璃脱羟.实验还发现不同产地的原料中E ′心浓度也存在差别(表2),含E ′心多的原料熔制的石英玻璃脱羟后残余羟基量较低.根据实验结果,可认为在石英玻璃的脱羟过程中E ′心取代硅醇(≡SiOH )基团中的氢,形成自由氢,使硅氧结构完善,从而降低石英玻璃中的E ′心含量,见反应式1. ≡Si ・+≡SiOH ≡Si —O —Si ≡+H(1)石英玻璃中的E ′心有2个来源,一是石英熔化过程中还原反应使硅氧键断裂生成E ′心;另一个来・063・ 硅 酸 盐 学 报 2002年 图7 石英玻璃及其原料中E′心的ESR谱 Fig.7 ESR spectra of E′-center in quartz glass and raw materials表2 石英玻璃中E′心的ESR测试 T able2 The experimental result of ESR of E′center in silica glassSampleIntensity(relative unit)NoteRaw materialⅠ20.0Low[OH-]in quartz glass Raw materialⅡ10.6High[OH-]in quartz glass Quartz glass22.3Melting in H2atmosphere Quartz glass14.5Heat-treatmentSilica glass14.5Synthetic by H2-O2flame源则是从石英原料中E′心遗传给石英玻璃,这两个来源的E′心结构相同,因而都能促进脱羟作用.石英玻璃经低温(<1200℃)脱羟后残留羟基,当高温热处理时,石英玻璃中的残余羟基可进一步释放,但玻璃将产生析晶导致失透.因而选用E′心含量高或羟基含量低的石英原料,将利于最终获得低羟基石英玻璃.3 结 论(1)氢气气氛中熔制的石英玻璃包含有难、易消除的两部分羟基,热处理石英玻璃时释放出H2和少量H2O,并使石英玻璃中的羟基含量降低.(2)水晶矿中含有羟基,在高温下能释放氢气.晶体结构影响水晶中羟基的红外吸收谱带的位置.(3)石英玻璃中难消除的羟基随水晶的结构水含量升高而增加,但这种羟基不是从水晶原料中转移到石英玻璃,而与促进脱羟的E′心遗传相关.致谢:排气试验工作是在中科院地质与地球物理研究所完成,感谢谭骏、朱和平老师的指导.参考文献:[1] SHELB Y J E.Hydrogen,hydride and water in amorphousSiO2,protonic species in vitreous silica[J].J Non-Cryst Solids,1994,179:138—147.[2] LOPEZ N,VITIELLO M,ILLAS F,et al.Interaction of H2with strained rings at the silica surface from ab i nitio calculation[J].J Non-Cryst Solids,2000,271:56—63.[3] 吕志成,李鹤年,刘从强(LU Zhicheng,et al).大兴安岭中南段花岗石中黑云母矿物学地球化学特征及其成因意义[J].矿物岩石(J Mineral Petrology),2000,20:1—8.[4] DAVIS K M,TOMOZAWA M.An infrared 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石英玻璃中羟基含量检验方法
石英玻璃中羟基含量检验方法1 主题内容与适用范围本标准规定了检验石英玻璃中羟基含量时试样的制备、试验用仪器、试验步骤及结果处理。
本标准适用于透明石英玻璃中羟基含量的测定。
2 引用标准GB9657 半导体用透明石英玻璃管GB9658 光源及真空仪表用透明石英玻璃管JC426-91 无臭的氧石英玻璃管3 术语3.1透过率或透射比：透过物体的光强度与入射光强度的比值，符号为Ｔ。
3.2光谱透过曲线：透过率或透射比随波长的分布曲线。
3.3光密度：衡量玻璃阻止光线透过的能力，符号为Ｄ，数值等于透过率倒数的常用对数。
3.4基线：光谱透过曲线上吸收峰两肩边的连线。
3.5零线：光谱透过曲线上透射比为零的线。
3.6摩尔吸收系数：浓度为1mol/L的单位光程长的吸光度，符号为ε。
4 试验原理根据石英玻璃中羟基含量与波长2.73μm处光吸收的线性关系进行定量测定。
5 试验仪器5.1可测波长范围为2.00￣3.30μm,测量精度为±1％Ｔ的红外分光光度计。
5.2稳定精度为±0.5％的电了交流稳压器。
5.3精度为±0.01mm的千分尺，量度为0.02mm的游标卡尺。
5.4宽度为0.6￣1.0mm的长方形固定光栏一组（2个）。
6 试样制备6.1从外观质量符合GB9657、GB9658、JC126或相应标准规定的石英玻璃产品中选取待测样品。
6.2待测样品为块状时，将待测石英玻璃切割、研磨、抛光成镜面，制成25mm×12mm两面平行 厚度差小于或等于0.05mm）的透明试样两个，厚度为0.1￣10.0mm，其中人造石英玻璃厚度为0.1￣0.7mm，气炼玻璃厚度为0.8￣3.0mm，电熔石英玻璃厚度为1.6￣10.0mm。
使试样在2.73μm处的透过率在10％￣80％（吸光度在1.0￣0.1）的范围内。
待测样品为管状时，将待测石英玻璃管切取长35￣40mm的管段二段，再分别沿管长方向切取弦长为8￣15mm的弧形试样各一个。
羟基的红外吸收峰位置
羟基的红外吸收峰位置
以《羟基的红外吸收峰位置》为标题，本文将探讨羟基的红外吸收峰位置，以及它在仪器分析中的应用。
羟基是一种非传统的气体分子，它的组成由两个氧原子和一个氢原子组成。
羟基可以通过红外光谱来被检测出来。
它的红外吸收峰特性和其他物质是不同的。
羟基红外吸收峰位置可以通过红外光谱技术来检测，它的红外吸收峰位置是2400到2700纳米。
在这个波段中，可以检测出羟基的红外吸收峰位置。
在这个波段中，羟基体积吸收峰的位置分布如下：2542, 2550, 2567，2576, 2644和2651纳米。
羟基的红外吸收峰位置可以用来识别和定位气体的存在。
这种技术可以用来检测羟基的变化，并且可以用来检测环境污染。
此外，由于羟基的红外吸收峰比较突出，这种技术也可以用来识别和定位空气中的污染物，从而可以更有效地控制空气污染。
此外，羟基的红外吸收峰位置也可以用于仪器分析。
羟基的红外吸收峰位置可以用来检测化学反应的进展情况，例如薰衣草提取中的抗氧化活性因子的含量分析等。
另外，羟基的红外吸收峰位置也可以用来检测样品中的病原体，例如病毒、细菌等。
在药物研究中，羟基的红外吸收峰位置也可以用来研究药物的稳定性、药物化学结构分析和药物元素分析等。
总之，羟基的红外吸收峰位置可以用来识别和定位气体的存在，也可以用来仪器分析，用于药物研究。
因此，羟基的红外吸收峰位置在环境检测和药物研究中有着重要的意义。
玻璃表面羟基测试方法
Two-stage temperature dependence of the silanol number aOH.
The surface of these samples was subjected to the maximum degree of hydroxylation, i.e. the hydrated samples were thermally pretreated in vacuo at 180–200°C (see above TB=190±10°C).
Determination of the Concentration of Surface Hydroxyl Groups on Metal Oxide Films by a Quantitative XPS Method
Determination of the Concentration of Surface Hydroxyl Groups on Metal Oxide Films by a Quantitative XPS Method
Here aOH was determined by the weight loss upon the heating of the SiO2 samples from 115 to 1100°C.
the data of Unger [112,146] derived from the reaction of OH groups with CH3Li and the heavy water HTO accord well with our results.
Fripiat, Uytterhoeven et al. [58,74]. These authors determined the silanol number aOH on the basis of the reaction of OH groups with organometallic reagents CH3Li and CH3MgI.