盐水溶液中单硼酸盐物种B(OH)_(3)和B((OH)_(4)^(-))的拉曼光谱定量分析

摘要

盐湖是天然存在的水和盐类共存的复杂体系,卤水中硼酸盐的赋存形态及分布规律较一般水溶液更为复杂,通常随盐类的浓缩富集而发生复杂的聚合、缔合等作用,存在严重的过饱和性,不利于盐湖硼及其他盐类的分离提取。因此,开展盐湖卤水体系中硼酸盐物种分布规律及离子间相互作用机制研究具有重要的实际意义。激光拉曼光谱因具有原位、无损、且水峰干扰小等特点,被广泛应用于硼酸盐溶液结构光谱学研究中,并表现出较大的优越性。近年来,以化学计量学为核心的现代拉曼光谱定量分析技术已成为快速准确获取复杂体系目标物量关系的有效手段,对光谱解析中面临的光谱重叠、背景干扰、基线漂移等问题具有强大的优势,在分析领域中得到了广泛而深刻的应用。基于化学计量学算法,采用拉曼光谱技术探究了三种回归模型(内标法、多元线性回归和偏最小二乘法)对盐水溶液中单硼物种B(OH)_(3)和B((OH)_(4)^(-))的定量分析,并通过外标样进行方法评估。研究表明,多元线性回归和偏最小二乘法对外标样的预测结果更为准确,相对误差均在1%以内,但前者对低硼含量的预测效果更佳。进一步地,根据建立的多元线性回归模型,文中开展了柴达木盆地西部油田卤水蒸发浓缩过程中硼化学形态Raman光谱定量化研究。结果表明,油田卤水蒸发浓缩过程中,仅在875 cm处检测到B(OH)_(3)的拉曼特征峰;多元线性回归法对油田卤水中B(OH)含量的预测与甘露醇减量法分析硼的含量结果相一致,相对误差小于5%,表明油田卤水浓缩过程中硼始终以B(OH)_(3)形态赋存,其他硼酸根离子的含量可忽略不计,故从化学形态角度,揭示了油田卤水蒸发浓缩中硼的结晶盐类仅有硼酸一种析盐固相的结晶行为。以上研究为后续探索动态环境下盐卤体系硼酸盐化学形态的定量关系提供了理论指导和实验依据。