基于碘化鉀-硫代硫酸鈉容量法的銅合金中銅含量的測定

陳祥鳳，姜均濤，周明峰

(臨沂科技職業(yè)學(xué)院 智能制造系，山東 臨沂 276000)

我國銅材產(chǎn)量和消耗量均居世界首位。銅合金不僅具有良好的導(dǎo)電性、流動性和浸潤性，而且具有較好的力學(xué)性能、高硬度、高耐磨性和抗熔焊性[1]。隨著新型銅合金產(chǎn)品的快速研制，以往某些產(chǎn)品驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中不要求分析的主要成分銅，現(xiàn)在也被列入必須檢測的范疇，對檢測的全面性有了更高的要求[2]，因此，如何快速、準(zhǔn)確地測定銅合金中的銅含量具有極其重要的意義[3]。

銅合金中銅的測定方法主要有碘化鉀-硫代硫酸鈉容量法[4]、分光光度法[5]和ICP-OES法(電感耦合等離子體發(fā)射光譜法)。雖然ICP-OES法能夠準(zhǔn)確、快速地出具檢測結(jié)果，但是設(shè)備昂貴(價格約為50萬元以上)，而且設(shè)備故障或者停電等因素可能會直接造成停工停產(chǎn)，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失；碘化鉀-硫代硫酸鈉容量法設(shè)備簡單，投資極少，因此在實(shí)驗(yàn)室測定銅合金中銅含量時普遍采用[6]。本文主要從時效性、準(zhǔn)確性與重現(xiàn)性等方面討論碘化鉀-硫代硫酸鈉容量法與其他2種方法(ICP-OES法和分光光度法)測定銅合金中銅含量的區(qū)別。

1 試驗(yàn)材料、設(shè)備與方法

1.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品

本方法選取屑狀銅合金國家標(biāo)準(zhǔn)樣品[7]，儲存于干燥器中。把標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行編號，編號如下：Cu-1、Cu-2、Cu-3、Cu-4。選取的銅合金標(biāo)準(zhǔn)樣品明細(xì)見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)樣品名稱

1.2 化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

試樣經(jīng)酸溶解，用氨水調(diào)節(jié)酸度，使氟化氫銨溶液的酸度(pH值)約為3，二價銅與碘化物反應(yīng)生成碘化亞銅沉淀并析出碘，用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定所析出的碘，即可計(jì)算銅的含量[8-10]。

為消除鐵和少量砷、銻的干擾，溶液用氨水調(diào)節(jié)酸度，加氟化氫銨使溶液的酸度保持pH值約為3，滴定近終點(diǎn)時，加入硫氰酸鹽，使碘化亞銅沉淀轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛雀〉牧蚯杷醽嗐~，放出吸附的少量碘，使終點(diǎn)明顯，結(jié)果準(zhǔn)確。適用范圍為一般銅合金，測定范圍為10%～99.5%。

化學(xué)反應(yīng)式如下：

3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O

2Cu2++4I-=2CuI+I2

I2+ 2S2O32-= 2I-+ S4O62-

CuI+SCN-=CuSCN+I-

1.3 試劑

試劑：硝酸(1+1)、鹽酸(1+1)、過氧化氫(30%)、氨水(比重0.9)、氟化氫銨(固體)、碘化鉀(20%，貯存于棕色瓶中，但時間稍長易析出碘而影響分析結(jié)果)、淀粉(1%，當(dāng)天配制，溶于沸水中)、硫氰酸銨(10%)。

0.161 2 N硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取40 g的Na2S2O7·5H2O，加入0.1 g無水碳酸鈉，溶于新煮沸并冷卻的水中，稀釋至1 000 mL混勻，放入棕色瓶中，一天后標(biāo)定。

0.1 N硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取24.82 g的Na2S2O7·5H2O，加入0.1 g無水碳酸鈉，溶于新煮沸并冷卻的水中，稀釋至1 000 mL混勻，放入棕色瓶中，一天后標(biāo)定。

2 分析方法

稱取0.100 0 g試樣(精確至0.000 2 g)，將試樣置于400 mL聚四氟乙烯燒杯中，加10 mL的HNO3，滴加5 mL的HF，用塑料棒攪拌使試樣完全溶解。用15 mL水吹洗杯壁，在攪拌下加KNO3溶液20 mL，繼續(xù)攪拌0.5 min，放置20 min，置于冷水或冰水中。試液及沉淀用中速定量濾紙于抽氣過濾裝置上抽氣過濾，用KNO3洗液洗滌燒杯和沉淀各3次，每次不超過5 mL，將沉淀連同濾紙移到原燒杯中，加KF保護(hù)液15 mL，滴加混合指示劑10滴，用NaOH溶液中和殘余酸，邊中和邊仔細(xì)擦洗杯壁并將濾紙搗成糊狀，中和至出現(xiàn)鮮明紫色，加沸水200 mL，立即以NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，在接近終點(diǎn)淡紫色時補(bǔ)加指示劑5滴，繼續(xù)滴定至出現(xiàn)鮮明紫色即為終點(diǎn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 銅含量計(jì)算

銅含量計(jì)算式如下：

式中，VCu是硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定消耗的體積，單位為mL；TCu是硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液對銅的滴定度，單位為g/mL，用相近標(biāo)樣標(biāo)定；m是稱樣量，單位為g。

3.2 測定結(jié)果

按照上述方法，每一個標(biāo)準(zhǔn)試樣分別測試3次，結(jié)果見表2。

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與偏差

結(jié)果表明：本方法簡單可靠，具有較高的準(zhǔn)確性與重現(xiàn)性。

3.3 3種分析方法結(jié)果比較

選取GSB H59,ZBY9211標(biāo)準(zhǔn)樣品(編號Cu-1)分別用碘化鉀-硫代硫酸鈉容量法、分光光度法測定和ICP-OES這3種方法進(jìn)行分析，從時效性和準(zhǔn)確性2個方面進(jìn)行對比，結(jié)果見表3。

表3 3種分析方法結(jié)果比較

由表3可以看出，從分析時間方面比較，碘化鉀-硫代硫酸鈉容量法分析一次平均時間為23 min，分光光度法為28 min，ICP-OES法為17 min，碘化鉀-硫代硫酸鈉容量法雖然比ICP-OES法多6 min，但在時效性上沒有明顯差別；從分析結(jié)果準(zhǔn)確性方面比較，碘化鉀-硫代硫酸鈉容量法與ICP-OES法相差不大，但比分光光度法要準(zhǔn)確。

4 結(jié)語

通過上述研究可以得出如下結(jié)論。

1)雖然碘化鉀-硫代硫酸鈉容量法分析時間上比ICP-OES法要多6 min左右，但是所得結(jié)果與ICP-OES法基本一致。

2)碘化鉀-硫代硫酸鈉容量法從時效性和準(zhǔn)確性上都優(yōu)于分光光度法，說明該方法測定銅合金中銅含量是準(zhǔn)確、可靠的。

3)碘化鉀-硫代硫酸鈉容量法所需儀器設(shè)備簡單，成本低廉，操作方便，對于資金不是很充足的單位、企業(yè)能夠很好地解決銅合金中銅含量的測定問題。