分光光度法在金屬材料元素化學分析中的應用

王潔（天津津濱石化設備有限公司，天津 300271）

分光光度法在金屬材料元素化學分析中的應用

王潔（天津津濱石化設備有限公司，天津 300271）

在工業生產和石化建設中離不開金屬材料，金屬材料性能和種類的不同，應用的方向也會隨之不同?；瘜W元素含量是金屬材料性能和質量的重要指標，可以通過多種方法進行分析和測定，其中化學分析是最主要的元素檢測手段?；瘜W分析的基本方法有重量分析分、滴定分析法和分光光度法，目前應用于理化實驗室檢測中最重要的是可見分光光度法。

分光光度法；金屬材料；朗伯-比爾定律；磷含量的測定

1 分光光度法簡介

（1）分光光度法是根據待測溶液對光的選擇性吸收而建立起來的一種分析方法，紫外可見分光光度法是最常應用于實驗室的微量元素含量分析方法，具有靈敏度高、應用廣泛、操作簡便快捷和準確度較高等優點。郎伯-比爾定律是分光光度法的基本定律，射入光被吸收的多少與試樣介質的厚度和試樣溶液的濃度有關。A=KcL，此公式表明：射入光的強度一定時，吸光度與溶液的濃度c和溶液厚度L的乘積成正比。K為吸光系數，是個常數，與溶液的溫度、性質以及射入光的波長有關。

（2）當溶液的厚度不變時，測定一系列濃度不同的標準溶液的吸光度，可以得出關于溶液和吸光度的一條工作曲線，之后測定待測溶液吸光度，從而得出待測溶液的濃度。但是在一定實驗條件下，經常會有工作曲線一端或兩端發生彎曲的情況，如圖一，當濃度大于c2或小于c1時，郎伯-比爾定律失效。為使實驗更加準確有效，可選用一組標準物質繪制工作曲線，但應注意標準物質濃度含量最大值和最小值應覆蓋待測樣品的全部含量。實驗室中經常用此方法測定鋼鐵原材料中待測元素含量，從而判定金屬材料的性能和質量。

（3）顯色反應的條件和選擇在分光光度法分析中具有重要的意義，利用顯色反應把待測物質M轉化為有色化合物M-R是最主要的檢測方法。對顯色反應有靈敏度高、選擇性好、有色化合物組成固定并且化學性質足夠穩定和對比度大等要求。顯色劑的用量應適當過量，溶液酸度，顯色時間和溫度對顯色反應均有影響。在進行某種元素的光度分析檢測時，除考慮被測元素的最佳反應條件，還應考慮干擾物質的影響，為了減少和消除干擾離子的影響，通常選擇有控制酸度、加入掩蔽劑、改變干擾離子價態和分離干擾離子等方法。

（4）為了進一步提高測量的準確性，還應考慮分光光度法儀器測量誤差及消除，選擇適合的檢測波長,控制適當的吸光度讀數范圍，選在適當的參比溶液都會提高測量的準確性。

2 分光光度計

分光光度法所使用的主要儀器是分光光度計，其工作原理是利用物質對于光的選擇性吸收，以較純的單色光作為射入光，確定溶液吸光度，從而測定待測組分含量。分光光度計的種類和型號有很多，但在金屬材料分析行業最主要的是可見分光光度計，如722型和723型。

3 實驗舉例

（1）以鋼鐵及合金中磷含量的測定為例，簡述分光光度法在金屬材料元素化學分析中的應用。磷是鋼鐵中最常見的有害元素，實驗室經常用銻磷鉬藍分光光度法測定鋼鐵及合金中磷的含量，檢測范圍質量分數在0.01%～0.06%。

（2）主要儀器、實驗方法和實驗原理

主要儀器為723N型分光光度計，檢測方法為分光光度法，磷在硫酸介質中能與銻、鉬酸銨生成黃色絡合物，用抗壞血酸將銻磷鉬黃還原成銻磷鉬藍，在波長700nm處，用分光光度計測其吸光度。

（3）實驗步驟

稱取0.2000g式樣及選定標鋼（冶金部標準樣品YSB C 28172-95山東省冶金科學研究院）置于150ml燒杯中，加10ml鹽硝混酸（2+1），加熱溶解，加8ml高氯酸蒸發至冒高氯酸煙，至燒杯內部透明并回流3min～4min，繼續蒸發至濕鹽狀，冷卻，加10ml硫酸（1+5）溶解鹽類，滴加亞硝酸鈉溶液（100g/ml）將鉻還原至低價并過量1滴～2滴，煮沸去除氮氧化物，冷卻至室溫，移入100ml容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。移取標準溶液及兩份式樣各10ml，分別置于25ml容量瓶中。

顯色液：加2.0ml硫酸（1+5），0.3ml酒石酸銻鉀溶液（2.7g/ l），2ml淀粉溶液（10g/l），2ml抗壞血酸溶液（30g/l）。加5.0ml鉬酸銨溶液（20g/l）。

標準溶液：在標鋼中加入同顯色液一樣的試劑。

參比溶液：不加鉬酸銨溶液，其它同顯色液。

在20℃～30℃放置10min，在波長700nm處，用2cm比色皿測其吸光度。

（4）工作曲線的繪制

標鋼（磷含量%）標鋼1（0.010）標鋼2（0.015）標鋼3（0.021）標鋼4（0.035）標鋼5（0.041）

吸光度0.247 0.337 0.454 0.715 0.857

C=0.051*A+0.002 R*R=0.9987

132270531750

測出待測樣品的吸光度，從而得知待測樣品濃度

待測樣品吸光度濃度（%）

試樣1 0.376 0.0169

試樣2 0.379 0.0170

（5）干擾物的影響及消除

①如試樣含砷，可在蒸發至剛冒高氯酸煙后，稍冷，加10ml氫溴酸-鹽酸混合酸（1+2）揮砷，加熱至冒高氯酸煙，再加5ml氫溴酸-鹽酸混合酸揮砷一次，繼續蒸發至冒高氯酸煙。（此方法為國標的方法，對某些實驗室經常采用在顯色前加入適量的硫代硫酸鈉，用硫代硫酸鈉作為掩蔽劑消除砷的干擾，此方法經實驗驗證準確有效。）

②若試樣中鉻大于5mg，需將鉻氧化至六價后，分次滴加鹽酸揮鉻。

③若試樣中錳含量大于2%，則需多加3ml～4ml高氯酸，回流時間應在15min～20min。

（6）對顯色反應的要求

顯色反應加入鉬酸銨時不要使鉬酸銨溶液粘附在瓶壁上，應從容量瓶口中間加入，粘附在瓶壁上的鉬酸銨馬上用水沖洗，否則瓶壁上的鉬酸銨因為酸度低，將被還原成藍色，造成測量誤差。

4 標準的偏離

GB/T223.59-2008中使用的是磷的標準溶液建立工作曲線，而此處則用標鋼代替標準溶液建立工作曲線（根據實驗室具體情況選擇使用標鋼或標準溶液），經技術分析，實驗驗證確認該偏離對實驗結果的準確性不會產生影響。

5 準確度和精密度

磷含量（質量分數）%重復性限r再現性限R

0.01 ～0.06 r=0.001082+0.04070m R=0.002172+0.03884m

m：兩個測量值的平均數（質量分數）

在重復性條件下，獲得的兩次獨立測試結果的絕對差值不大于重復性限（r）,以大于重復性限（r）的情況不超過5%為前提。

在再現性條件下，獲得的兩次獨立測試結果的絕對差值不大于重復性限（R）,以大于重復性限（R）的情況不超過5%為前提。

6 結語

隨著社會經濟迅速發展，金屬材料的需求和應用越來越多，對其化學元素含量的要求也越來越高，對化學元素含量進行分析，是把握金屬材料優劣的重要關卡。分光光度法作為一項比較成熟的分析方法，在檢測單位和質量控制單位中具有最廣泛的應用，雖然在檢測范圍等方面還存在著一定的缺點，但是科學技術不斷發展進步，隨著不斷的反復實驗研究，也必然將會突破其局限性，尋找效果更好的掩蔽體系，或通過化學計量等途徑來確定待測組分的最佳條件，使實驗更加便捷和準確。

[1]GB/T223.59-2008鋼鐵及合金磷含量的測定銻磷鉬藍分光光度法.

[2]馬沖先主編化學分析（鍋爐壓力容器理化檢驗人員培訓教材）中國質檢出版社2012.

[3]周名成，俞汝勤編紫外與可見分管光度法北京化學工業出版社1986.

[4]徐盤明，趙祥大編使用金屬材料分析方法合肥中國科學技術出版社1990.

[5]四川大學化工學院，華東理工大學化學系編分析化學高等教育出版社.

[6]何莉、周瀅，徐秀敏，宋若海對GB/T223.59-2008方法中磷測定消除砷干擾的改進研究.