火焰原子吸收光譜法測定銅及銅合金鈍化液中的 Cu、Fe元素

甕溢華 ,郭志紅 ,秦書平

(中鋁洛陽銅業(yè)有限公司質量管理中心 ,河南洛陽 471000)

在銅及銅合金加工過程中,鈍化液中 Cu、Fe元素的含量對鈍化效果起重要作用,通過對銅及銅合金鈍化液中的 Cu、Fe元素的測定,可以對軋制工藝過程及廢棄鈍化液的達標排放進行監(jiān)控,提高產品鈍化效果。原子吸收分光光度法準確度高、人員誤差小、快速、省力,對于生產現(xiàn)場監(jiān)控、質量事故和排放過程中的污染事故處理,具有更好的時效性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

WFX-1F2型原子吸收分光光度計;所測元素的元素燈及其他附件;燃氣:乙炔,純度≥99.6%;助燃氣:空氣,由空氣壓縮機供給,經(jīng)過必要的過濾和凈化;硝酸:優(yōu)級純;高氯酸:優(yōu)級純;鹽酸:優(yōu)級純;氫氟酸:優(yōu)級純;Fe標準儲備液:準確稱取經(jīng)稀酸清洗并干燥后的 1.000 0 g光譜純金屬 Fe,用 60 mL HNO3(1+1)溶解完全后,加 10 mL HNO3(1+1)。移入 1 000 mL容量瓶中,此溶液每毫升含 1.00 mg金屬 Fe。Fe標準工作液:取 Fe標準儲備液 1 mL,定容至 100 mL容量瓶中,此溶液每毫升含 10.0μg金屬 Fe。Cu標準儲備液:準確稱取經(jīng)稀酸清洗并干燥后的 0.500 0 g光譜純金屬 Cu,用 50 mL HNO3(1+1)溶解,必要時加熱直至溶解完全。用水稀釋至 500 mL,此溶液每毫升含 1.00 mg金屬 Cu。Cu標準工作液:取 Cu標準儲備液 1 mL,定容至 100 mL容量瓶中,此溶液每毫升含 10.0μg金屬 Cu。

1.2 儀器工作條件

使用氘燈進行背景扣除。分別用 2.0 mg∕ L的銅、鐵標準溶液對儀器的最佳工作條件進行了選擇,結果見表1。

表1 儀器工作條件

1.3 實驗方法

1.3.1 工作曲線的繪制

取 Cu標準工作液 0、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00 mL于 100 mL容量瓶中,用 0.2%硝酸稀釋至刻度,搖勻。用 0.2%硝酸調零后,在選定的條件下測定其吸光度,空白校正后,繪制濃度—吸光度工作曲線。

取 Fe標準工作液 0、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00 mL于 100 mL容量瓶中,用 1%鹽酸稀釋至刻度,搖勻。用 1%鹽酸調零后,在選定條件下測其吸光度,空白校正后,繪制濃度—吸光度工作曲線。

1.3.2 試樣的測定

按表1所列參數(shù)選擇分析線和調節(jié)火焰。儀器用 0.2%硝酸調零,吸入空白樣和試樣,測量其吸光度?？鄢瞻讟游舛群?從工作曲線上查出試樣中的金屬濃度或從儀器上直接讀出。

2 結果與討論

2.1 試樣的預處理

2.1.1 試樣的采集

對于同一槽中的鈍化液,由于溫度、懸浮物、油污等分布不均勻,會造成鈍化液濃度和金屬離子的濃度也不均勻,因此采集綜合水樣更具代表性。所謂“綜合水樣”是指把從不同采集點同時采集的各個瞬時水樣混合起來所得的樣品。

2.1.2 去除懸浮物

對于銅及銅合金鈍化液中的懸浮物,主要采用消解處理。取 100 mL待測樣放入 200 mL燒杯中,加入硝酸 5 mL,在電熱板上加熱消解 (不要沸騰),蒸至 10 mL左右,加入 5 mL硝酸和 2 mL高氯酸,繼續(xù)消解,直至 1 mL左右。如果消解不完全,再加入5 mL硝酸和 2 mL高氯酸,再次蒸至 1 mL左右。取下冷卻,加水溶解殘渣,用水定容至 100 mL。再用濾紙進行過濾。

2.1.3 石油類的去除

在銅及銅合金的生產工藝中,軋制油、乳化液等是必備的潤滑劑和金屬加工液,因此使用過的鈍化液中不可避免的會含有石油類產品。在使用火焰原子吸收法時,應當濾除石油類產品,避免損害儀器。

2.2 影響因素

2.2.1 背景吸收的影響

按照實驗方法配置含上述元素的試液,進行背景吸收干擾考察,比較使用和不使用氘燈進行背景扣除所測吸光度的大小。結果表明,對于 Cu,使用和不使用氘燈所測吸光度一致,表明無背景吸收;對于 Fe,不使用氘燈所測吸光度明顯偏高,說明存在背景干擾。因此,實驗使用氘燈進行背景扣除。

2.2.2 不同的酸對測定的影響

分別用不同濃度的鹽酸、硝酸、硫酸、高氯酸為介質,測定濃度為 2.0 mg∕ L的 Cu、Fe的吸光度,考察酸度對測定的影響。結果表明,鹽酸、硝酸、高氯酸對 Cu、Fe的測定沒有干擾,硫酸有嚴重的負干擾。因為硫酸隨濃度的增加,溶液黏度增大,影響霧化效率,同時溶液的提升量減小,吸光度下降。從試樣在溶解酸的溶解能力實驗中發(fā)現(xiàn),硝酸的溶解效果最佳?？紤]到酸濃度過高對儀器的腐蝕,實驗采用硝酸作為溶解酸。

2.2.3 共存元素的影響

在實驗條件下,分別考察銅及銅合金鈍化液中常見共存元素 Pb、Zn、Ni、Sn、Si對測定 5.0 mg∕ L的 Cu、Fe的影響 (相對誤差在 ±10%以內)。結果表明,Si對 Cu、Fe的測定有負干擾,而且濃度越大干擾越嚴重。當 Si的濃度為 25 mg∕ L時,會使 Fe的吸光度下降 12%,Cu的吸光度下降 20%。其它四種元素對測定沒有干擾。如果硅元素濃度大于25 mg∕ L時,大量硅在測定條件下形成硅膠而干擾測定,因此,在樣品處理時要進行去硅處理。具體方法為,加入 10 mL HF和 10 mL HNO3,經(jīng)一次蒸干,殘渣中的硅含量小于 1%,不再干擾測定。

2.3 結果精密度與準確度試驗

2.3.1 校準曲線和檢出限

配置不同濃度的標準溶液,在上述優(yōu)化條件下進行測定,以濃度為橫坐標,吸光度為縱坐標,繪制校準曲線。校準曲線的線性回歸方程見表2。

表2 工作曲線的線性回歸方程

在實驗同時制備空白溶液,按照試驗方法分別對 Cu、Fe兩元素空白溶液進行測定 10次,按照 3σ除以工作曲線的斜率計算,得出檢出限為:

Cu:0.001 3 mg∕ L、Fe:0.002 6 mg∕ L。

2.3.2 精密度實驗

用蒸餾水配制含 Cu 0.040 mg∕ L、含 Fe 0.050 mg∕ L的 6組統(tǒng)一標準溶液,進行精密度試驗。實驗結果見表3。

表3 樣品的精密度試驗結果(n=6)

2.3.3 回收試驗

為檢驗方法的準確度,在樣品中加入一定量的銅、鐵標準溶液,測定其回收率,結果分別為 98%～106%和 96%～110%。

本方法對銅及銅合金鈍化液的質量監(jiān)控,可掌握使用中鈍化液的質量情況,并推斷是否有污染物進入鈍化液,對銅及銅合金的生產提供質量保證。