電感耦合等離子體法測定錫青銅中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準物質后移入100 ml容量瓶中作為標準溶液，同時錫青銅試樣以同樣方法溶樣處理，用ICP-AES測量錫青銅中Fe、Sb元素。使用該法分析標準樣品，分析結果與標準值基本一致，均在允許誤差范圍內。

關鍵詞：電感耦合等離子體發射光譜法；錫青銅；元素測定

錫青銅由于堅硬，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軸承。為了提高鑄造性能，銅中添加Pb、Zn、Sn等主元素改善產品耐磨性、可切割性，有時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，降低耐磨性和力學性能，在加工時易碎裂。為了保證銅合金的質量，要求嚴格控制銅合金中Sb等元素的含量。銅合金種類很多，元素含量復雜，準確測定錫青銅中的元素含量對銅合金的價格評定和冶煉工藝的控制都十分重要。

測定銅中Sb元素的傳統方法是試樣溶解在鹽酸介質中，銻離子與孔雀綠生成有色絡合物，用甲苯定量萃取，有機相呈綠色，進行光度測定。傳統方法使用劇毒性化學藥品甲苯等進行分析，污染環境，方法繁雜，效率低。目前國家標準GB/T 5121.27—2008中沒有對各種不同種類銅合金檢驗全面詳細的說明，應用標準方法測定時，發現溶解試樣時有白色混濁現象，樣品不能完全被分解，影響元素的進一步準確測定，難以滿足對銅合金的檢驗要求。本實驗研究了ICP-AES法測定錫青銅的分析方法。試樣在直讀等離子發射光譜儀上，采用基體匹配技術消除了基體的干擾，用HCl和H2O2溶解試樣，能溶解徹底，選擇了最佳激發條件和儀器分析條件。本方法用于實際樣品分析，測定錫青銅合金中元素的靈敏度高，干擾少，線性范圍寬，能同時測定多種元素，準確度高，并取得了一定效果。

1實驗部分

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(體積分數大于99.99%)；

一系列國家或行業有證標準樣品，如：GBW02101、GBW02118和BY1906-1等錫青銅標準物質；

100 ml容量瓶；

150 ml錐形瓶。

1.2儀器工作條件

美國熱電公司icp6300電感耦合等離子原子發射光譜儀，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，分析泵轉速50 r/min，沖洗泵轉速50 r/min，積分時間30 s，泵穩定時間5 s，垂直觀察高度15 cm。

待測元素的分析線波長為：Fe 238.2 nm，Sb 206.8 nm。

1.3試驗方法

稱取銅合金試樣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。選擇與待測試樣基體一致、質量分數相近、但有一定差別的有證標準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定電感耦合等離子體光譜工作參數，測量試樣中Fe、Sb等元素光譜強度。根據標準試樣的質量濃度與測得的光譜強度，儀器自動繪制工作曲線，工作曲線線性回歸系數要符合R?0.999。同時應用同樣的方法測定試樣中元素含量。通過扣除背景，消除干擾，根據工作曲線，計算機自動給出試樣的元素含量結果，并計算標準偏差。數據如表1所示。

2試驗結果與討論

2.1樣品溶解分析

樣品處理技術直接影響著試樣的測定結果，既要將試樣完全溶解，又不能損失有效組分。應用國標方法溶解錫青銅試樣時容易產生沉淀，影響元素測定結果。經多次用各種酸進行溶解試驗得出：應用HNO3溶解試樣有沉淀產生。H2SO4和H3PO4是粘稠性的酸，不利于等離子體光譜儀測定使用。只有采用HCl與H2O2溶樣，溶解才徹底，溶液清澈透明，沒有組分損失，很好地解決了用國標方法溶解樣品時有白色沉淀的問題。

2.2干擾試驗

表1　標樣分析結果(質量分數，%)

溶液中存在大量的Cu元素，使信號基線略有升高。本方法采用基體匹配來消除干擾：選擇與待測試樣基體相一致、質量分數相近、但有一定差別的有證標準樣品來配置標準曲線，使用相同的混合酸溶解標準物質與試樣來消除酸基體效應。按設置的儀器工作條件，分別在分析線238.2 nm和206.8 nm處測定銅樣中Fe、Sb元素含量，該方法基體效應較小，各待測元素之間沒有明顯干擾。分析有證標準物質和實際樣品，分析結果與認定值基本一致，均在允許誤差范圍內。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11份空白溶液進行測定，以3倍標準偏差計算各元素的檢出限：鐵的檢出限是0.000 4 mg/L，銻的檢出限是0.01 mg/L。

2.4工作曲線和分析結果

Fe、Sb工作曲線的線性回歸方程和相關系數見表2。

表2　Fe、Sb工作曲線的線性回歸方程和相關系數

本方法在應用電感耦合等離子體光譜儀時設置了合適的測定條件，Fe、Sb元素工作曲線線性均達到了R?0.999 8。完全符合國標線性R?0.999的要求，測定結果的準確度較高。

3結論

(1)樣品處理技術直接影響著試樣的測定結果，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溶解試樣實驗成功，溶樣徹底，很好地解決了應用國標方法溶解錫青銅試樣時產生沉淀的問題。

(2)應用電感耦合等離子體光譜儀時設置了合適的測定條件，調整儀器測定背景，扣除干擾，采用國家認證的標鋼配制一系列標準溶液，基體與試樣基本相近，用等離子原子發射光譜儀做工作曲線。測定結果與標樣認定值基本一致，方法的相對標準偏差均小于5%，準確度和精密度良好。與傳統的單元素分析方法相比，用ICP-AES法測定Sn和Fe，具有準確、快速、消耗試劑少等優點，適用于日常銅合金檢驗。

(3)選擇靈敏度高、干擾少的元素譜線進行分析，經實驗：待測元素Fe的分析線波長為238.2 nm，Sb分析線波長為206.8 nm，比較滿足條件。

(4)試驗成功后將制定出系統的分析規程，用于日常檢驗，對減少廢品起到重要作用，為提高產品質量提供可靠的數據保障。在該類化學分析中增添了新方法，對國標將是一個補充，拓寬了分析范圍，這一技術應用于實際檢驗中將大大提高試樣元素分析效率，將會產生較好的經濟和社會效益，有較廣的應用前景。

參考文獻

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

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

編輯杜青泉

生產技術

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

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

收稿日期：2015—10—05

中圖分類號：O657.31

文獻標志碼：A