電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鋼絲簾線三相合金鍍層的鈷含量

呂 青，張開(kāi)云，陶愛(ài)梅，崔恒偉

（江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司，江蘇 興化 225721）

鋼絲簾線是子午線輪胎的重要骨架材料，而鋼絲簾線與橡膠之間的粘合力對(duì)于輪胎性能非常重要[1-2]。為了獲得較大的鋼絲簾線與橡膠間粘合力，尤其是減小在高溫潮濕條件下老化導(dǎo)致的粘合力降幅，國(guó)內(nèi)輪胎行業(yè)一直在橡膠中廣泛應(yīng)用鈷鹽[3]。鈷是一種戰(zhàn)略物資且價(jià)格昂貴，而鋼絲簾線黃銅鍍層中只有20%的鈷起到有效的粘合增進(jìn)作用[4]，且鈷鹽用量的控制比較困難，如果用量過(guò)小，粘合強(qiáng)度可能不達(dá)標(biāo)，用量過(guò)大，又可能會(huì)對(duì)膠料物理性能產(chǎn)生不良影響，加速二烯基橡膠分子氧化，導(dǎo)致橡膠早期老化，降低鋼絲簾線與橡膠的粘合力保持率[5-7]。

近幾年，國(guó)內(nèi)外鋼簾線生產(chǎn)廠家進(jìn)行了銅-鋅-鈷三相合金鍍層鋼絲簾線的研發(fā)并取得突破性進(jìn)展，而準(zhǔn)確控制三相合金鍍層中的鈷含量非常重要。傳統(tǒng)的鈷含量測(cè)定方法有滴定法和分光光度法，但存在樣品前處理時(shí)間較長(zhǎng)、操作步驟繁瑣、化學(xué)試劑種類(lèi)多等缺點(diǎn)。

本工作采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-OES）法對(duì)鋼絲簾線三相合金鍍層的鈷含量進(jìn)行測(cè)定，以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室分析的需要。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑

質(zhì)量濃度為1 000 μg·mL-1的鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液儲(chǔ)備液，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心提供；濃硝酸（GR級(jí)），市售品。

1.2 測(cè)試儀器及條件

720型ICP-OES儀，美國(guó)安捷倫科技有限公司產(chǎn)品，波長(zhǎng)范圍為167～785 nm，配置CCD檢測(cè)器，玻璃同心霧化器和玻璃氣旋式霧化室。

ICP-OES儀測(cè)試條件如下：一次讀數(shù)時(shí)間3 s，儀器穩(wěn)定延時(shí) 15 s，輔助氣體流量 2.25 L·min-1，霧化器壓力 200 kPa，ICP炬的觀測(cè)方式 軸向觀測(cè)。

1.3 試樣制備

準(zhǔn)確稱(chēng)取鋼絲簾線1.000 g，截成小段或打卷，置于聚四氟乙烯燒杯中，加入10 mL濃硝酸，待試樣溶解完全后，轉(zhuǎn)移至200 mL容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度，搖勻。用質(zhì)量濃度為1 000 μg·mL-1的鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋?zhuān)渲瀑|(zhì)量濃度為0，1，2，3，4和5 μg·mL-1的系列鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器條件的選擇

2.1.1 分析譜線波長(zhǎng)

選擇最優(yōu)的分析譜線對(duì)待測(cè)元素的定性和定量分析很關(guān)鍵，必要時(shí)可采用基體匹配法及干擾系數(shù)校正法進(jìn)行校正。按照待測(cè)試樣的基體、待測(cè)元素和共存元素的含量，配制相應(yīng)的單標(biāo)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，初選波長(zhǎng)為238.892，228.615，230.786和236.873 nm的4條靈敏線對(duì)溶液進(jìn)行譜線掃描，根據(jù)譜線的信噪比、靈敏度及光譜干擾情況，選擇靈敏度高、光譜干擾小、背景低及信噪比高的譜線作為分析譜線，最終確定鈷元素的分析譜線波長(zhǎng)為238.892 nm。

2.1.2 高頻發(fā)生器發(fā)射功率

高頻發(fā)生器功率直接影響激發(fā)溫度、電子密度及其空間分布，從而影響儀器的分析性能。激發(fā)強(qiáng)度-功率關(guān)系曲線如圖1所示。

圖1 高頻發(fā)生器激發(fā)強(qiáng)度-功率關(guān)系曲線

由圖1可知，高頻發(fā)生器激發(fā)強(qiáng)度隨著功率的增大而增大。功率增大，則等離子溫度升高，譜線強(qiáng)度增大，檢測(cè)的靈敏度和穩(wěn)定性提高，但背景也相應(yīng)增強(qiáng)，且功率過(guò)大會(huì)影響炬管和高頻發(fā)生器的使用壽命。綜合考慮儀器的穩(wěn)定性和使用壽命，確定高頻發(fā)生器的發(fā)射功率為1.2 kW。

2.1.3 等離子氣體流量

等離子氣體的主要作用是形成等離子體及保護(hù)炬管不因過(guò)熱而熔化，在一般有機(jī)溶劑分析中等離子氣體的流量對(duì)元素的分析結(jié)果沒(méi)有太大影響。質(zhì)量濃度為5 μg·mL-1的鈷等離子氣體流量為13.5，15.0，16.5和18.0 L·min-1時(shí)，鈷強(qiáng)度分別為84 539.5，85 989.1，79 370.0和76 730.6 c·s-1?？梢?jiàn)等離子氣體流量為13.5和15.0 L·min-1對(duì)靈敏度的影響不大，同時(shí)考慮保證儀器的正常運(yùn)行，等離子氣體流量取15.0 L·min-1。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

對(duì)系列鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定，鈷含量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖2所示，該曲線線性關(guān)系方程為y＝14 109.688x+47.2，相關(guān)因數(shù)為0.999 975。

圖2 鈷含量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線

從圖2可以看出，鈷含量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線具有良好的線性關(guān)系。

2.3 檢出限和檢測(cè)下限

在選定的儀器工作條件下，對(duì)分析樣品的空白試劑進(jìn)行測(cè)試，分別以11次測(cè)定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3和10倍作為檢出限和檢測(cè)下限，計(jì)算結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)偏差、檢出限和檢測(cè)下限分別為0.000 6，0.001 86和0.006 0 μg·mL-1。

2.4 準(zhǔn)確性和精密度

配制2份標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍內(nèi)的不同濃度鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照確定的分析條件各測(cè)定10次，結(jié)果如表1所示。

表1 方法準(zhǔn)確性試驗(yàn)結(jié)果

由表1可見(jiàn)，鈷含量測(cè)定結(jié)果的相對(duì)誤差小于1%，表明方法的準(zhǔn)確性高，試驗(yàn)方法可靠。

不同鋼絲簾線鍍層的鈷含量測(cè)定精密度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，鋼絲簾線鍍層的鈷含量測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1%，表明ICP-OES法測(cè)定鋼絲簾線鍍層的鈷含量的精密度很高。

表2 方法精密度試驗(yàn)結(jié)果

2.5 回收率

配制質(zhì)量濃度為1.5，2.5和3.5 μg·mL-1的鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行回收率試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可以看出，鈷含量測(cè)定值接近實(shí)際值，回收率在100.59%～101.66%之間。

表3 鈷含量測(cè)定回收率

3 結(jié)語(yǔ)

綜合考慮分析譜線、高頻發(fā)生器發(fā)射功率和等離子氣體流量的影響，確定了ICP-OES法測(cè)定鋼絲簾線三相合金鍍層中鈷含量的適宜分析條件，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)因數(shù)為0.999 975，該方法操作簡(jiǎn)便，分析速度較快。

通過(guò)準(zhǔn)確性、精密度和回收率試驗(yàn)，證明該測(cè)定方法的數(shù)據(jù)可靠，準(zhǔn)確性和精密度高，可用于鋼絲簾線三相合金鍍層中鈷含量的快速測(cè)定。