焊劑化學(xué)成分檢測方法改進(jìn)的討論*

龔偉偉，李 勇，劉佳興，鄧 丹，劉 芳

(國家焊劑產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(湖南)，湖南 永州 425000)

檢驗檢測的標(biāo)準(zhǔn)、方法和設(shè)備往往成為衡量一個國家制造業(yè)水平的標(biāo)準(zhǔn)，在產(chǎn)業(yè)升級中發(fā)揮著舉足輕重的作用。焊劑作為重工業(yè)中的重要耗材與焊接零部件的物理化學(xué)性能密切相關(guān)，是埋弧焊中的必備焊材[1]，焊劑由大理石、石英、螢石等礦石和鈦白粉、纖維素等化學(xué)物質(zhì)經(jīng)熔煉，燒結(jié)制成，是重要的鋼鐵，合金熔焊用材，在焊接過程中起到造渣，脫氧，造氣，穩(wěn)弧，合金化等作用[2]。而焊劑中的各種化學(xué)成分的含量直接影響焊劑對熔化金屬的保護(hù)和冶金作用。準(zhǔn)確、高效地測定元素成分及物相構(gòu)成，對焊接藥劑的性能評價，質(zhì)量控制等具有重要意義。當(dāng)前國家標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)生產(chǎn)廠家所通用的焊劑化學(xué)成分分析方法均為化學(xué)分析法(JB/T 7948系列)[3-4]，但該方法存在效率低、試劑消耗量大、對檢驗人員要求高等缺點，對焊劑的生產(chǎn)及研發(fā)都存在著較大的不便。也有研究者嘗試采用X射線熒光光譜法對焊劑進(jìn)行成分分析，在提高檢測效率的同時具有良好的準(zhǔn)確性[5]。電感耦合等離子發(fā)射光譜法作為一種高效的多元素分析手段，能同時測試多達(dá)數(shù)十種元素的含量，目前在地質(zhì)檢測、化工、金屬元素分析、環(huán)境和食品監(jiān)測等領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用[6-10]。但在焊劑檢測相關(guān)領(lǐng)域，電感耦合等離子光譜法的相關(guān)研究尚少。

本文的目的是尋求測量焊劑化學(xué)成分更加高效、準(zhǔn)確的方法。以本實驗為例，我們對不同焊劑中的Al2O3和CaO分別采用化學(xué)分析法和電感耦合等離子光譜法(ICP-OES)進(jìn)行了對比實驗。實驗結(jié)果證明該方法數(shù)據(jù)可信，簡便快捷，有應(yīng)用價值。

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

實驗儀器：電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)；型號：Avio200型；生產(chǎn)廠家：美國PerkinElmer。

試劑：鹽酸(ρ=1.19 g/mL)優(yōu)級純，硝酸(ρ=1.42 g/mL)優(yōu)級純，鹽酸(1+3)，鹽酸(5+95)，高氯酸(ρ=1.67 g/mL)

優(yōu)級純，氫氟酸(ρ=1.15 g/mL)優(yōu)級純，鋁、錳溶液(1000 μg/mL國家標(biāo)準(zhǔn)溶液)，碳酸鉀鈉等。

樣品：焊劑標(biāo)樣(GSBJ33001-92)、燒結(jié)焊劑樣品。

1.2 實驗方法

將要進(jìn)行測試的焊劑樣品依次經(jīng)過行星式球磨機(jī)破碎、200目的篩子過篩，再將其進(jìn)行酸溶后分別采用機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 7948中的化學(xué)分析法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法對焊劑中的 Al2O3和CaO含量進(jìn)行檢測，并對結(jié)果進(jìn)行對比分析。

1.2.1 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法實驗方法

稱取0.1 g(精確至0.0001 g)試料，置于200 mL聚四氟乙烯消解罐中，加少量水潤濕，加5 mL鹽酸、10 mL硝酸、5 mL氫氟酸，在電熱板上低溫緩慢加熱至試料溶解充分。加入8 mL高氯酸，低溫加熱至冒高氯酸白煙。用水沖洗杯壁，繼續(xù)低溫加熱至冒煙，剩余約2～3 mL溶液。稍冷，加20 mL鹽酸(1+3)，加熱溶解鹽類，冷至室溫，將試液轉(zhuǎn)移至250 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度。隨同試料做試劑空白。待儀器穩(wěn)定后進(jìn)行檢測。

為保證實驗結(jié)果準(zhǔn)確，根據(jù)多次試驗結(jié)果，對儀器各項參數(shù)條件進(jìn)行優(yōu)化選擇，具體測量條件如表1所示。

表1 ICP-OES工作參數(shù)Table 1 Operation conditions for ICP-OES

1.2.2 校準(zhǔn)曲線

分別取10 mL Al、Ca(1000 mg/L)標(biāo)準(zhǔn)溶液于兩個100 mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，備用。然后移取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)溶液按表2配置。

表2 Ca、Al元素標(biāo)準(zhǔn)曲線Table 2 Standard curve of Ca and Al elements (mg/L)

將標(biāo)準(zhǔn)溶液按照濃度依次霧化后引入電感耦合等離子體炬內(nèi)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液系列中各被測元素分析線處的凈光強(qiáng)和相應(yīng)的濃度繪制校準(zhǔn)曲線。各元素的線性相關(guān)系數(shù)必須大于0.999。

1.2.3 化學(xué)分析法實驗方法

稱取0.5 g試樣于鉑坩堝中，加入4 g碳酸鉀鈉，混勻，再覆蓋2 g碳酸鉀鈉，蓋上坩堝蓋。移入1000 ℃馬弗爐中熔融 30 min。取出，冷卻。用濾紙擦凈鉑坩堝外壁，置于300 mL燒杯中，加入50 mL鹽酸(1+1)，加熱，待熔塊溶解后，用水洗凈并取出坩堝。將溶液加熱至析出鹽類，加入10 mL動物膠溶液(10 g/L)及40 mL水，攪拌3～5 min，在約50 ℃保溫10 min。取下，用中速濾紙過濾，用熱鹽酸(5+95)洗凈燒杯并洗滌沉淀6～8次，再用熱水洗滌4～5次。收集濾液于250 mL容量瓶中，冷卻后定容至刻度，混勻。(1)氧化鋁的測定：取定容后的溶液100 mL滴加鹽酸(1+1)至剛果紅試紙變藍(lán)，加入20 mL乙酸-乙酸銨緩沖溶液，煮沸2～3 min后冷卻，加入1～ 1.5 mL雙硫腙(0.4 g/L)，用乙酸鋅(5.48 g/L)標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由黃色變成桃紅色。(2)氧化鈣的測定：移取100 mL定容后溶液至500 mL錐形瓶中，加數(shù)滴孔雀綠(1wt%)溶液，加入氫氧化鉀溶液(30wt%)攪拌至褪色，加指示劑(0.2 g鈣黃綠素+0.05 g百里酚酞)后用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液(9.3 g/L)滴定至溶液由綠色熒光變成玫瑰紅色。

2 結(jié)果與討論

2.1 精密度試驗

按照1.2.1中的實驗方法對焊劑標(biāo)準(zhǔn)樣品(GSBJ33001-92)以及樣品1#和2#平行測定5次，計算各元素測定的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，結(jié)果見表3。

表3 精密度試驗Table 3 Precision test (%)

由表3可知，焊劑樣品中 Al2O3含量的每組結(jié)果中相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍在0.59%～0.77%之間，CaO含量的每組結(jié)果中相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為0.70%～0.84%，均小于2%，說明本方法測得的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好，具有良好的精密度。

2.2 準(zhǔn)確度試驗

按照1.2.1中的實驗方法對焊劑標(biāo)準(zhǔn)樣品(GSBJ33001-92)進(jìn)行測定，計算各元素測定值與認(rèn)定值之間的相對誤差，結(jié)果見表4。

如表4所示，采用ICP-OES測定焊劑標(biāo)樣中Al2O3和CaO含量的算術(shù)平均值分別為5.22和6.46，與認(rèn)定值的絕對誤差分別為-0.03%和0.03%，根據(jù)要求分析結(jié)果與認(rèn)定值之間絕對誤差的絕對值應(yīng)當(dāng)分別≤0.10%和0.15%[3-4]，上述結(jié)果顯然符合要求。

表4 準(zhǔn)確度試驗Table 4 Accuracy test (%)

分別對上述三個樣品采用化學(xué)分析法(JB/T7948)進(jìn)行成分分析，結(jié)果取算術(shù)平均值后與ICP-OES法進(jìn)行對比，如表5所示。

表5 化學(xué)分析法與ICP-OES法檢測結(jié)果的對比Table 5 Comparison of test results between chemical analysis and ICP-OES (%)

由表5可知，采用ICP-OES法和化學(xué)分析法測得三組焊劑樣品中Al2O3的絕對誤差范圍為0.07%～0.12%，小于標(biāo)準(zhǔn)允許值0.20%，測得CaO的絕對誤差范圍為0.02%～0.17%，小于標(biāo)準(zhǔn)允許值0.30%，可認(rèn)為本法與化學(xué)分析法結(jié)果一致，可作為化學(xué)分析法的替代方法。

3 結(jié) 論

上述實驗證明電感耦合等離子體發(fā)射光譜法在測定Al2O3和CaO的精確度和準(zhǔn)確度等方面都滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，且具有對操作人員要求低，試劑消耗量少，步驟簡便等一系列優(yōu)勢，作為一種快速檢測方法有應(yīng)用和推廣的價值。