電感耦合等離子體法測(cè)定錫青銅中Fe、Sb元素

張鳳萍

(山西太原重工理化檢定中心，山西030024)

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電感耦合等離子體法測(cè)定錫青銅中Fe、Sb元素

張鳳萍

(山西太原重工理化檢定中心，山西030024)

摘要：用混合酸溶解一系列同基體有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)后移入100 ml容量瓶中作為標(biāo)準(zhǔn)溶液，同時(shí)錫青銅試樣以同樣方法溶樣處理，用ICP-AES測(cè)量錫青銅中Fe、Sb元素。使用該法分析標(biāo)準(zhǔn)樣品，分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致，均在允許誤差范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；錫青銅；元素測(cè)定

錫青銅由于堅(jiān)硬，易熔，能很好地鑄造成型，一般用于制造彈性銅合金元件，廣泛用于鍋爐和海船零件。含鉛錫青銅常用作耐磨零件和滑動(dòng)軸承。為了提高鑄造性能，銅中添加Pb、Zn、Sn等主元素改善產(chǎn)品耐磨性、可切割性，有時(shí)存在含量較少的元素如P、Fe、Sb等元素。在銅合金中Sb是有害元素，它能使鑄件疏松，降低耐磨性和力學(xué)性能，在加工時(shí)易碎裂。為了保證銅合金的質(zhì)量，要求嚴(yán)格控制銅合金中Sb等元素的含量。銅合金種類(lèi)很多，元素含量復(fù)雜，準(zhǔn)確測(cè)定錫青銅中的元素含量對(duì)銅合金的價(jià)格評(píng)定和冶煉工藝的控制都十分重要。

測(cè)定銅中Sb元素的傳統(tǒng)方法是試樣溶解在鹽酸介質(zhì)中，銻離子與孔雀綠生成有色絡(luò)合物，用甲苯定量萃取，有機(jī)相呈綠色，進(jìn)行光度測(cè)定。傳統(tǒng)方法使用劇毒性化學(xué)藥品甲苯等進(jìn)行分析，污染環(huán)境，方法繁雜，效率低。目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5121.27—2008中沒(méi)有對(duì)各種不同種類(lèi)銅合金檢驗(yàn)全面詳細(xì)的說(shuō)明，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定時(shí)，發(fā)現(xiàn)溶解試樣時(shí)有白色混濁現(xiàn)象，樣品不能完全被分解，影響元素的進(jìn)一步準(zhǔn)確測(cè)定，難以滿足對(duì)銅合金的檢驗(yàn)要求。本實(shí)驗(yàn)研究了ICP-AES法測(cè)定錫青銅的分析方法。試樣在直讀等離子發(fā)射光譜儀上，采用基體匹配技術(shù)消除了基體的干擾，用HCl和H2O2溶解試樣，能溶解徹底，選擇了最佳激發(fā)條件和儀器分析條件。本方法用于實(shí)際樣品分析，測(cè)定錫青銅合金中元素的靈敏度高，干擾少，線性范圍寬，能同時(shí)測(cè)定多種元素，準(zhǔn)確度高，并取得了一定效果。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

儀器與試劑主要有：

icp6300電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(THEROMFISH)；

電熱板；

AE-204A、38695電子天平；

HCl(1+1)，分析純；

H2O2(濃)，分析純；

Ar(體積分?jǐn)?shù)大于99.99%)；

一系列國(guó)家或行業(yè)有證標(biāo)準(zhǔn)樣品，如：GBW02101、GBW02118和BY1906-1等錫青銅標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；

100 ml容量瓶；

150 ml錐形瓶。

1.2儀器工作條件

美國(guó)熱電公司icp6300電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀，射頻功率1 150 W，霧化器氣體流量為0.7 L/min，輔助氣流量0.5 L/min，分析泵轉(zhuǎn)速50 r/min，沖洗泵轉(zhuǎn)速50 r/min，積分時(shí)間30 s，泵穩(wěn)定時(shí)間5 s，垂直觀察高度15 cm。

待測(cè)元素的分析線波長(zhǎng)為：Fe 238.2 nm，Sb 206.8 nm。

1.3試驗(yàn)方法

稱(chēng)取銅合金試樣0.100 0 g于小燒杯中，加入HCl(1+1)20 ml，緩慢滴加H2O2(濃)約10 ml，低溫加熱，待試樣完全溶解后，加熱至沸，取下，冷卻，移入100 ml容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

稱(chēng)取約0.060 0 g高純銅(大于99.999%)加入HCl (1+1)，滴加H2O2(濃)，低溫加熱，待試樣完全溶解后，溶樣后稀釋于100 ml容量瓶中作為空白溶液。選擇與待測(cè)試樣基體一致、質(zhì)量分?jǐn)?shù)相近、但有一定差別的有證標(biāo)準(zhǔn)樣品用上述方法溶解，用蒸餾水稀釋至100 ml容量瓶中，按照上述儀器工作條件設(shè)定電感耦合等離子體光譜工作參數(shù)，測(cè)量試樣中Fe、Sb等元素光譜強(qiáng)度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試樣的質(zhì)量濃度與測(cè)得的光譜強(qiáng)度，儀器自動(dòng)繪制工作曲線，工作曲線線性回歸系數(shù)要符合R?0.999。同時(shí)應(yīng)用同樣的方法測(cè)定試樣中元素含量。通過(guò)扣除背景，消除干擾，根據(jù)工作曲線，計(jì)算機(jī)自動(dòng)給出試樣的元素含量結(jié)果，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差。數(shù)據(jù)如表1所示。

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1樣品溶解分析

樣品處理技術(shù)直接影響著試樣的測(cè)定結(jié)果，既要將試樣完全溶解，又不能損失有效組分。應(yīng)用國(guó)標(biāo)方法溶解錫青銅試樣時(shí)容易產(chǎn)生沉淀，影響元素測(cè)定結(jié)果。經(jīng)多次用各種酸進(jìn)行溶解試驗(yàn)得出：應(yīng)用HNO3溶解試樣有沉淀產(chǎn)生。H2SO4和H3PO4是粘稠性的酸，不利于等離子體光譜儀測(cè)定使用。只有采用HCl與H2O2溶樣，溶解才徹底，溶液清澈透明，沒(méi)有組分損失，很好地解決了用國(guó)標(biāo)方法溶解樣品時(shí)有白色沉淀的問(wèn)題。

2.2干擾試驗(yàn)

表1　標(biāo)樣分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

溶液中存在大量的Cu元素，使信號(hào)基線略有升高。本方法采用基體匹配來(lái)消除干擾：選擇與待測(cè)試樣基體相一致、質(zhì)量分?jǐn)?shù)相近、但有一定差別的有證標(biāo)準(zhǔn)樣品來(lái)配置標(biāo)準(zhǔn)曲線，使用相同的混合酸溶解標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與試樣來(lái)消除酸基體效應(yīng)。按設(shè)置的儀器工作條件，分別在分析線238.2 nm和206.8 nm處測(cè)定銅樣中Fe、Sb元素含量，該方法基體效應(yīng)較小，各待測(cè)元素之間沒(méi)有明顯干擾。分析有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和實(shí)際樣品，分析結(jié)果與認(rèn)定值基本一致，均在允許誤差范圍內(nèi)。方法的回收率：鐵為98%～100.5%，銻為97%～101%。

2.3檢出限

鐵空白溶液(%)：0.004 7，0.004 5，0.004 4，0.004 4，0.004 4，0.004 4，0.004 4，0.004 4，0.004 5，0.004 2，0.004 4。

銻空白溶液(%)：0.002 1，0.001 9，0.002 4，0.002 1，0.001 8，0.001 3，0.002 0，0.002 1，0.001 8，0.001 5，0.002 0。

按儀器工作條件對(duì)11份空白溶液進(jìn)行測(cè)定，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算各元素的檢出限：鐵的檢出限是0.000 4 mg/L，銻的檢出限是0.01 mg/L。

2.4工作曲線和分析結(jié)果

Fe、Sb工作曲線的線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表2。

表2　Fe、Sb工作曲線的線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)

本方法在應(yīng)用電感耦合等離子體光譜儀時(shí)設(shè)置了合適的測(cè)定條件，F(xiàn)e、Sb元素工作曲線線性均達(dá)到了R?0.999 8。完全符合國(guó)標(biāo)線性R?0.999的要求，測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度較高。

3結(jié)論

(1)樣品處理技術(shù)直接影響著試樣的測(cè)定結(jié)果，既要將試樣完全溶解，又不能損失有效組分。本方法采用HCl與H2O2溶解試樣實(shí)驗(yàn)成功，溶樣徹底，很好地解決了應(yīng)用國(guó)標(biāo)方法溶解錫青銅試樣時(shí)產(chǎn)生沉淀的問(wèn)題。

(2)應(yīng)用電感耦合等離子體光譜儀時(shí)設(shè)置了合適的測(cè)定條件，調(diào)整儀器測(cè)定背景，扣除干擾，采用國(guó)家認(rèn)證的標(biāo)鋼配制一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，基體與試樣基本相近，用等離子原子發(fā)射光譜儀做工作曲線。測(cè)定結(jié)果與標(biāo)樣認(rèn)定值基本一致，方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%，準(zhǔn)確度和精密度良好。與傳統(tǒng)的單元素分析方法相比，用ICP-AES法測(cè)定Sn和Fe，具有準(zhǔn)確、快速、消耗試劑少等優(yōu)點(diǎn)，適用于日常銅合金檢驗(yàn)。

(3)選擇靈敏度高、干擾少的元素譜線進(jìn)行分析，經(jīng)實(shí)驗(yàn)：待測(cè)元素Fe的分析線波長(zhǎng)為238.2 nm，Sb分析線波長(zhǎng)為206.8 nm，比較滿足條件。

(4)試驗(yàn)成功后將制定出系統(tǒng)的分析規(guī)程，用于日常檢驗(yàn)，對(duì)減少?gòu)U品起到重要作用，為提高產(chǎn)品質(zhì)量提供可靠的數(shù)據(jù)保障。在該類(lèi)化學(xué)分析中增添了新方法，對(duì)國(guó)標(biāo)將是一個(gè)補(bǔ)充，拓寬了分析范圍，這一技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際檢驗(yàn)中將大大提高試樣元素分析效率，將會(huì)產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，有較廣的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]周燕，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定鉛鋅礦區(qū)土壤中微量元素.理化檢驗(yàn)(化學(xué)分冊(cè)5)，2011(47).

[2]李芬，等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鉑銠合金中銠.理化檢驗(yàn)(化學(xué)分冊(cè)5)，2011(47).

編輯杜青泉

生產(chǎn)技術(shù)

Determination of Fe and Sb in Tin Bronze by

Inductive Coupling Plasma Method

Zhang Fengpin

Abstract：After dissolved a series of certified reference material with the same matrix by the mixed acid, the dissolved material has been brought into a 100 ml volumetric flask as the standard solution. Meanwhile, the sample of tin bronze has been dissolved with the same method. Then the Fe and Sb in the tin bronze have been measured by ICP-AES. By adopting this kind of method to analyze the standard sample, the analyzed results were basically same as the standard values, and were in the range of permissible error.

Key words：inductive coupling plasma emission spectroscopy; tin bronze; element determination

作者簡(jiǎn)介：張鳳萍(1969—)，女，高級(jí)工程師，主要從事化學(xué)分析工作，對(duì)銅合金、鐵合金、鋼鐵材料、非金屬耐火材料等成分含量進(jìn)行分析及研究。電話:18636976619，E-mail：zfpd-119@163.com

收稿日期：2015—10—05

中圖分類(lèi)號(hào)：O657.31

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A