論金屬材料分析中的試劑應(yīng)用

王嬌娜 杜長(zhǎng)江 楊榮振

【摘 要】金屬材料包括了純金屬、金屬材料化合物、合金以及特種金屬材料等，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航空、計(jì)算機(jī)硬件等國(guó)民各個(gè)領(lǐng)域中。利用試劑對(duì)金屬材料的成分進(jìn)行分析，不僅能深入了解材料的內(nèi)部構(gòu)造和組成元素，還能為復(fù)雜金屬材料的設(shè)計(jì)提供詳實(shí)的依據(jù)。本文結(jié)合實(shí)例，主要就金屬材料分析中試劑的應(yīng)用方面進(jìn)行了分析與探討。

【關(guān)鍵詞】金屬材料；分析；試劑；應(yīng)用

金屬材料化學(xué)定量分析中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，就是利用試劑對(duì)試樣進(jìn)行分解，其目的是在保證試樣待測(cè)成分不污染和不損失的前提下，將試樣轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合測(cè)定的狀態(tài)。本文就鉬藍(lán)分光光度法聯(lián)合測(cè)定鋼鐵中磷砷以及銅試劑分離EDTA容量法測(cè)定富錳試樣中的鈣鎂這兩個(gè)例子來(lái)探討試劑在金屬材料分析中的應(yīng)用。

一、鉬藍(lán)分光光度法聯(lián)合測(cè)定鋼鐵中磷砷

磷、砷作為鋼鐵中極易出現(xiàn)偏析且有害的元素，其含量過(guò)高時(shí)容易增加鋼形成裂紋的敏感性和鋼的冷脆性，因此對(duì)鋼鐵中磷、砷含量的分析檢測(cè)對(duì)控制其產(chǎn)品質(zhì)量有著十分重要的意義。本文實(shí)驗(yàn)利用磷、砷性質(zhì)相似，在和硝酸鉍、鉬酸銨在一定酸度下可生成磷鉍鉬雜多酸與砷鉍雜多酸，在還原劑作用下可還原為磷鉍鉬藍(lán)和砷鉍鉬藍(lán)，并且其吸光度擁有加合性的原理。然后分別測(cè)定磷、砷合量的吸光值后，利用復(fù)合還原劑將砷掩蔽，以測(cè)定磷的吸光度值，從而能得分別到到磷、砷的含量。該方法適用于實(shí)驗(yàn)室對(duì)鋼鐵中磷、砷的快速測(cè)定。

1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）主要試劑和儀器

主要試劑包括鉬酸銨溶液：10g/L；硫硝混合溶樣酸：330mL HNO3+570 mL 水+ 100 mL H2S02；抗壞血酸溶液：20g/L，使用當(dāng)天配置的乙醇（1+1）；硝酸鉍溶液：5g/L，使用硝酸（1+3）配置；硫代硫酸鈉混合溶液：含有100 g/L硫代硫酸鈉和5g/L溴化鉀；乳酸溶液：10g/L。儀器為分光光度計(jì)，測(cè)量精度達(dá)到0.001A。

（2）實(shí)驗(yàn)方法和過(guò)程

取用0.25g鋼鐵試樣，存放在50mL鋼鐵兩用瓶中，然后添加10mL硫硝混合溶樣酸，將其加熱到樣品完全溶解為止。再滴入高錳酸鉀溶液至二氧化錳沉淀，煮沸2分鐘后，滴入亞硝酸鈉溶液至沉淀溶解，煮沸1分鐘后將其冷卻到室溫，用水稀釋并搖勻。然后利用10mL移液管分別將兩份溶液放置到150mL的干燥三角瓶中。

磷、砷合量顯色液配置：向其中一三角瓶?jī)?nèi)依次滴入5mL鉬酸銨溶液、5mL硝酸鉍溶液、10mL抗壞血酸溶液以及1mL的乳酸溶液，然后搖勻并放置20至30分鐘。

磷顯色液配置：向另一三角瓶?jī)?nèi)滴入5滴硫代硫酸鈉混合溶液，先放置1分鐘后，再逐一滴入5mL鉬酸銨溶液、5mL硝酸鉍溶液、10mL抗壞血酸溶液以及1mL乳酸溶液，然后搖勻并放置20至30分鐘。在波長(zhǎng)680nm處，利用比色皿即可對(duì)磷的吸光值進(jìn)行測(cè)定。然后用磷、砷合量顯示液，以磷的顯色液作對(duì)比，可讀出砷的吸光值。

繪制校準(zhǔn)曲線：利用具有不同含量磷、砷的鋼鐵標(biāo)樣，進(jìn)行以上相同操作，將所測(cè)定的磷、砷吸光值，繪制成校準(zhǔn)曲線，并以此分別求得磷、砷的含量。

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

（1）顯色酸度

試樣中磷、砷顯色反應(yīng)與受酸度有很大的影響。當(dāng)酸度過(guò)高時(shí)，顯色反映易受到抑制，導(dǎo)致顯色不完整，使結(jié)果偏低；當(dāng)酸度偏低時(shí)，會(huì)形成鉬絡(luò)離子并干擾到實(shí)驗(yàn)測(cè)定，使結(jié)果偏高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，該實(shí)驗(yàn)中硝酸和硫酸最適宜酸度分別是0.45mol/L和0.13mol/L。

（2）對(duì)砷掩蔽劑的選擇

常用砷掩蔽劑有亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、以及亞硫酸鈉-硫代硫酸鈉-溴化鉀復(fù)合還原劑等等。為避免砷對(duì)磷測(cè)定值的干擾，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確，該實(shí)驗(yàn)中使用了亞硫酸鈉-硫代硫酸鈉-溴化鉀復(fù)合還原劑作為了砷掩蔽劑，其中溴化鉀可作為砷還原反應(yīng)的催化劑。

（3）顯色液穩(wěn)定性

當(dāng)砷對(duì)磷干擾消除后，磷顯色液的穩(wěn)定性降低，可添加進(jìn)少量的乳酸使穩(wěn)定性能保持1小時(shí)以上，方便后續(xù)聯(lián)合測(cè)定的進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)證明，乳酸添加量以1mL為宜。

（4）消除干擾離子

該實(shí)驗(yàn)中多數(shù)金屬離子不會(huì)對(duì)試樣磷、砷的測(cè)定造成干擾，但是硅離子在一定酸度下會(huì)產(chǎn)生干擾性。在實(shí)驗(yàn)中可適度加大顯示液的酸度，如加入氫氟酸以消除硅離子的干擾。而氫氟酸的影響，可利用試劑空白作測(cè)定磷的參比液來(lái)消除。

（5）線性范圍

在進(jìn)行磷、砷聯(lián)合測(cè)定時(shí)，其含量范圍需有一定的限制，利用5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試件實(shí)驗(yàn)后制作校準(zhǔn)曲線。所得到磷的線性范圍為：0～0.75μg/mL，砷的線性范圍為：0～1.25μg/mL。

二、銅試劑分離EDTA容量法測(cè)定富錳試樣中的鈣鎂

錳礦中的鈣鎂元素的測(cè)定，常用方法是先通過(guò)KClO3分離出大量錳離子，然后再利用銅試劑（DDTC）進(jìn)行二次分離后再利用EDTA滴定，該方法較為復(fù)雜，不適用于錳鐵合金渣樣和錳礦的冶金快速分析。本文實(shí)驗(yàn)中利用H2O2—DDTC一次分離，然后再使用EDTA容量法測(cè)定富錳試樣中的CaO和MgO，該實(shí)驗(yàn)方法快捷簡(jiǎn)便，可用于錳鐵渣樣和猛礦中CaO和MgO的快速冶金分析中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)意。

1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）主要試劑和儀器

固體DDTC；30%的H2O2溶液；CaO標(biāo)準(zhǔn)溶液：2mg/mL；MgO標(biāo)準(zhǔn)溶液：1mg/mL；Mn溶液：5mg/mL；鉻黑T指示劑：使用100g NaCl和1g指示劑研細(xì)后混勻；鈣羧酸指示劑：使用100g NaCl和1g指示劑研細(xì)后混勻；EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.01mol/L。

（2）實(shí)驗(yàn)方法和過(guò)程

分別稱(chēng)取15mg MgO和50mg CaO放入400mL的燒杯中，再添加80mL的錳，使用純凈水稀釋到200mL附近。然后使用氨水將pH值調(diào)至8～10左右，一直加熱煮沸至小氣泡分散為止。取下燒杯，添加1g DDTC攪勻后冷卻至室溫，再將其移入200mL的容量瓶中，加水稀釋到刻度，混勻后過(guò)濾。準(zhǔn)確移取兩份50mL濾液分別放置進(jìn)300mL的錐形瓶中，依次添加水25mL、鹽酸羥胺0.5g、三乙醇胺10mL，在混勻后立即滴定。

CaO、MgO合量值的測(cè)定：將1份濾液中添加適量黑T指示劑和20mL pH為10的氨性緩沖溶液，使用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到終點(diǎn)。

CaO值的測(cè)定：將1份濾液中添加少量的鈣羧酸指示劑以及200g/L的KOH溶液25mL，然后使用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到終點(diǎn)。

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

（1）H2O2的用量

當(dāng)H2O2用量偏多時(shí)，需要對(duì)Mn分解煮沸的時(shí)間加長(zhǎng)，應(yīng)注意調(diào)節(jié)溶液酸度和保持一定體積；當(dāng)H2O2用量偏低時(shí)，則會(huì)造成Mn分離不完全。根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)表明，H2O2用量在3～4mL之間為宜。

（2）DDTC的pH值

DDTC在實(shí)驗(yàn)中主要用于沉淀少量金屬離子和殘余的Mn，當(dāng)DDTC的pH值偏高時(shí)，有利于Mn的沉淀，但易造成其它金屬離子的溶解。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，pH值為8～9的DDTC是最為適宜的沉淀酸度值，不必再添加其它有機(jī)緩沖劑。

（3）分離效果和回收實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，50mg CaO和15mg MgO的分析結(jié)果相對(duì)誤差控制在2.1%以?xún)?nèi)?；厥諏?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加MgO 10～25mg，回收率在97.9%～102.7%之間；添加CaO 10～50mg，回收率在98.5%～102.1%。

三、總結(jié)

本文以鉬藍(lán)分光光度法聯(lián)合測(cè)定鋼鐵中磷砷，以及銅試劑分離EDTA容量法測(cè)定富錳試樣中的鈣鎂這兩個(gè)例子來(lái)探討了金屬材料分析中的試劑應(yīng)用，希望能對(duì)金屬材料的實(shí)際分析帶來(lái)一定的幫助與借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李棟嬋，孫柏，等.EDTA容量法測(cè)定鈣方法的優(yōu)化研究[J].廣東微量元素科學(xué)，2007（1）.

[2] 陳曉琴，等.含砷鋼鐵中磷砷的吸光光度法聯(lián)合測(cè)定[J].理化檢驗(yàn)，2001（7）.

[3] 鄢國(guó)強(qiáng)，王賓，等.化學(xué)分析[M].上海：科學(xué)普及出版社，2003（2）.