電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定鍍錫鋼板中的鍍錫量

陸筱彬 李 穎 馮秀梅 陳 君

(江陰市產品質量監督檢驗所，江蘇 江陰 214431)

電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定鍍錫鋼板中的鍍錫量

陸筱彬 李 穎 馮秀梅*陳 君

(江陰市產品質量監督檢驗所，江蘇 江陰 214431)

建立了電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定鍍錫鋼板中的鍍錫量的方法。為避免復雜基體、溶樣時間對測試結果產生干擾，采用標準加入法進行定量分析。通過實驗，確定了溶樣用鹽酸的濃度、ICP儀器參數以及待測元素的分析線。考察了標準曲線的相關性、精密度和準確度等分析指標。結果表明，標準曲線成線性關系(R=0.998 8)，檢測結果的相對標準偏差僅為1.3%，與現有的國家標準分析方法——碘酸鉀滴定法和X射線熒光光譜法進行對比實驗，測量結果基本一致。

電感耦合等離子體原子發射光譜法；鍍錫鋼板；錫量；標準加入法

0 引言

白錫是銀白色金屬，具有延展性，當溫度升至505 K時，錫便開始熔化。由于錫較低的熔點和一定的抗腐蝕性，常被用來做鍍層。電鍍錫板是在冷軋低碳鋼板雙面上鍍覆純錫的產品。鍍錫板不僅具有高強度，優良的耐蝕性，外觀亮澤，還具有良好的印刷著色性。由于鍍錫層無毒，因而廣泛應用于化工、油漆、食品、飲料的包裝和各種器皿的制造。

鍍錫量與電鍍錫板的耐蝕性能關聯很大，“GB/T 2520—2008 冷軋電鍍錫鋼板及鋼帶”[1]中分別引用“GB/T 1839 鍍錫量測量 碘酸鉀滴定法和X射線熒光光譜法測錫層質量”[2]，碘酸鉀滴定法具有較強的適用性和較高的準確度。然而，其操作步驟繁瑣，檢測周期長，對檢測人員的要求也較高。X射線熒光光譜法的標準樣品較難獲得。目前，檢測鍍錫層的方法不多[3-5]。電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)分析技術是一種快速的定量檢測技術，廣泛應用在冶金、食品、醫藥等領域[6-8]。標準加入法，又名標準增量法或直線外推法。當實驗中不能配制出與樣品相同的標準溶液，或因樣品本身基體成本較高，變化不定或者樣品中含有固體物質而對吸收的影響難以保持一致時，采用標準加入法是非常有效的。本文擬使用標準加入法-ICP-AES檢測鍍錫鋼板中的鍍錫量。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

OPTIMA8000型電感耦合等離子體原子發射光譜(美國PE)；ARL Perform＇X型熒光光譜儀(美國熱電公司)；AL104型電子天平(梅特勒-托利多)；超純水儀(上海摩勒生物科技有限公司)。

1.2 材料與試劑

鍍錫鋼板；錫標準溶液(國家有色金屬電子材料分析測試中心，GSB04-1753-2004，1 000 μg/mL)；鹽酸(分析純，上海蘇懿化學試劑有限公司)；碘酸鉀(天津瑞金化學品有限公司，基準試劑)；淀粉(分析純，天津致遠化學試劑有限公司)；三氯化鐵(天津市大茂化學試劑廠)；鋁箔(天津科密歐化學試劑有限公司)；超純水(電阻率大于18.2 MΩ·cm)。

1.3 儀器參數

ICP儀器工作條件見表1。

表1 ICP儀器工作條件Table 1 Working conditions of ICP instrument

1.4 加標樣品溶液的配制

在4個裝有相同樣品量的100 mL容量瓶中分別加入濃度為1 000 μg/mL的錫標準溶液0.5，1.5，2.5和3.5 mL(3.0 mol/L鹽酸介質)，定容后得到錫的濃度分別為5、15、25和35 mg/L的加標溶液。

1.5 實驗方法

將鍍錫鋼板制成直徑為48 mm的圓片，用鹽酸溶液溶解后，定容至100 mL后，分取20 mL于100 mL容量瓶中，加入錫標準溶液，待測。

按1.3儀器條件進行檢測，以濃度為橫坐標，強度為縱坐標繪制曲線。未加標準樣品溶液在曲線上對應的橫坐標的絕對值即為所測溶液中錫元素濃度。根據錫濃度可計算得出鍍錫板單位面積上的鍍錫量。

2 結果與討論

2.1 鹽酸濃度的選擇

實驗發現，鍍層錫在冷的稀鹽酸中溶解緩慢，但可迅速溶于熱濃鹽酸。經實驗，鍍錫層在冷的鹽酸(3+1)溶解時間適中，大約5 min可完全將鍍層完全溶解。因此選用冷的鹽酸(3+1)作為退鍍液。對于直徑為48 mm的圓片型鍍錫鋼板，可用8～30 mL的鹽酸(3+1)進行溶解。為使測試酸度保持一致，本實驗全部選用12 mL鹽酸(3+1)溶解樣品。

鹽酸溶解鍍錫層時，不僅鍍層被鹽酸溶解，低碳鋼板也易被鹽酸溶解。在樣品中加入12 mL鹽酸(3+1)，待試樣鍍錫層完全溶解、裸露出光潔的鐵基表面后即可將試樣移出(約5 min)。在合適的分析條件下，使用標準加入法測量鍍錫層含量時，只要將鍍層溶解完全，增加溶解時間導致的鐵含量增加對錫含量的測定結果影響較小。

2.2 分析線的選擇

ICP-AES法對每種元素的測定都可以同時選擇多條特征譜線[3]，實際測試時根據樣品的背景、濃度、分析線強度、干擾情況和穩定性來選擇合適的分析線。分析發現，鍍層溶液中除了待測的錫外，主要是鐵(特征波長為238.204、239.562、259.939、234.349、234.830、238.863、273.55、302.107和417.206 nm)元素，以及來源于低碳鋼板中的微量錳、硅和鍍錫層中的雜質元素。實驗中考查了波長分別為189.927、235.485、242.17和283.998 nm的分析線的相關參數，結果如表2所示。可以看出，四條分析線的相關系數相差不大，但波長為235.485 nm時錫的濃度明顯高于其它分析線的濃度，說明選用此分析線會產生很大干擾(波長為234.8 nm鐵的干擾)。當分析線為189.927 nm時，相對于242.17 nm和283.998 nm的分析線，雖然分析強度較小，但其背景等效濃度低，基體元素的干擾少，因此，實驗采用189.927 nm波長的分析線進行測定。

表2 分析線及相關參數Table 2 Analysis lines and related parameters /(mg·L-1)

2.3 標準曲線

根據鍍錫鋼板中錫的大概值設定加入標準溶液的含量。待測樣品中錫含量約為20 mg/L，配制加標量分別為5、15、25和35 mg/L的溶液，線性回歸方程(錫強度y，待測鍍錫溶液中錫濃度x)及相關系數見表3。可以看出，在標準加入量為5～35 mg/L時，錫的線性關系較好。用此方法，根據樣品中所含錫量的范圍，可改變錫標準溶液的加入量。

表3 工作曲線及相關系數Table 3 Working curve and correlation coefficient

樣品中的鍍錫量(g/m2)可用下面公式進行計算：

式中：CSn——待測溶液中的錫濃度，mg/L；

V1——將錫鍍鋼板溶解后稀釋的體積，mL；

V2——將鍍錫鋼板溶解后分取的體積，mL；

V3——加入標準溶液后定容的體積，mL；

r——鍍錫板的半徑，m。

根據上述公式，可以計算出樣品中的鍍錫量為2.80g/m2。

2.4 精密度實驗

按本方法對同一鍍錫鋼板的鍍錫量進行7次重復測定，計算其相對標準偏差，考察方法精密度，測定結果見表4。從表4中可以看出，7次重復實驗結果的相對標準偏差僅為1.3%，說明本方法測量重現性好。

表4 精密度實驗結果Table 4 Precision tests of the method /(g·m-2)

2.5 準確度實驗

為了考察方法的準確性，用本方法對四塊不同的鍍錫鋼板進行測定，所得結果與使用國家標準方法所測結果進行比較(結果見表5)。可以看出，使用ICP-AES法測得的鍍錫量與國家標準方法分析結果一致，說明ICP-AES法準確可靠。

表5 各方法實驗結果Table 5 Analytical results of Tin contents for each method /(g·m-2)

3 結語

使用ICP-AES法測鍍錫鋼板中鍍錫量。通過測錫量條件的優化、ICP分析條件的優化，建立了ICP-AES法測定鍍錫鋼板中錫量的檢測程序。用標準加入法消除基體影響，從對實際樣品的檢測結果來看，用ICP-AES法得到的準確度較高，同現有國家標準方法比對結果基本一致。本方法準確、可靠，可分析鍍錫鋼板中鍍錫量。

[1] 中國國家標準化管理委員會.GB/T 2520—2008冷軋電鍍錫鋼板及鋼帶[S].北京:中國標準出版社,2008.

[2] 中國國家標準化管理委員會.GB/T 1839—2008鋼產品鍍鋅層質量試驗方法[S].北京:中國標準出版社,2008.

[3] 金獻忠,謝健梅,陳建國.激光剝蝕電感耦合等離子體質譜法測定金屬鍍錫層的厚度[J].巖礦測試(RockandMineralAnalysis),2015,34(3):286-291.

[4] 徐永林.鍍錫板鍍層的輝光放電光譜法解析[J].冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2015,35(3):7-12.

[5] 林學武,王德智,徐永宏.非測量層SnKα特征譜線對X射線熒光光譜法測定冷軋鍍錫板Sn層質量影響的探討[J].冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2010,30(3):18-22.

[6] 阮桂色.電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)技術的應用進展[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2011,1(4):15-18.

[7] 許紅斌.ICP-AES技術在冶金分析中的應用[J].廣東科技(GuangdongScience&Technology),2012(9):204-205.

[8] 肖立青.電感耦合等離子體發射光譜法測定地質樣品中的鎢、鉬、錫[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2013,3(2):35-38.

Determination of Tin in Tinplate by ICP-AES

LU Xiaobin, LI Ying, FENG Xiumei*, CHEN Jun

(JiangyinProductQualitySupervisionandTestingInstitute,Jiangyin,Jiangsu214431,China)

A method for the determination of tin in tinplate was established. Standard addition method was used to avoid the interference of complex matrix and the dissolving sample time on the analytical results. Experimental conditions such as the concentration of hydrochloric acid, ICP instrument parameters and the analysis lines of the elements were discussed and optimized. The correlation of the standard curve, the precision and accuracy of the method were also investigated. The results showed that the proposed method had a good linear relationship (R=0.998 8), and the relative standard deviation (RSD) was less than 1.3%. The analytical results obtained by this method were in good agreement with those obtained by potassium iodate titration method and X-ray fluorescence spectrometry.

ICP-AES; tin plate; tin; standard addition method

2015-12-09

2016-02-03

陸筱彬，女，工程師，主要從事金屬材料化學分析研究。

*通信作者：馮秀梅，E-mail：fengxiumei@jqt-cn.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2016.02.011

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2016)02-0039-04