焊劑化學成分檢測方法改進的討論*

龔偉偉，李 勇，劉佳興，鄧 丹，劉 芳

(國家焊劑產品質量監督檢驗中心(湖南)，湖南 永州 425000)

檢驗檢測的標準、方法和設備往往成為衡量一個國家制造業水平的標準，在產業升級中發揮著舉足輕重的作用。焊劑作為重工業中的重要耗材與焊接零部件的物理化學性能密切相關，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、纖維素等化學物質經熔煉，燒結制成，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，穩弧，合金化等作用[2]。而焊劑中的各種化學成分的含量直接影響焊劑對熔化金屬的保護和冶金作用。準確、高效地測定元素成分及物相構成，對焊接藥劑的性能評價，質量控制等具有重要意義。當前國家標準和國內生產廠家所通用的焊劑化學成分分析方法均為化學分析法(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，對焊劑的生產及研發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行成分分析，在提高檢測效率的同時具有良好的準確性[5]。電感耦合等離子發射光譜法作為一種高效的多元素分析手段，能同時測試多達數十種元素的含量，目前在地質檢測、化工、金屬元素分析、環境和食品監測等領域已有廣泛的應用[6-10]。但在焊劑檢測相關領域，電感耦合等離子光譜法的相關研究尚少。

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

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

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

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

優級純，氫氟酸(ρ=1.15 g/mL)優級純，鋁、錳溶液(1000 μg/mL國家標準溶液)，碳酸鉀鈉等。

樣品：焊劑標樣(GSBJ33001-92)、燒結焊劑樣品。

1.2 實驗方法

將要進行測試的焊劑樣品依次經過行星式球磨機破碎、200目的篩子過篩，再將其進行酸溶后分別采用機械行業標準JB/T 7948中的化學分析法和電感耦合等離子體發射光譜法對焊劑中的 Al2O3和CaO含量進行檢測，并對結果進行對比分析。

1.2.1 電感耦合等離子體發射光譜法實驗方法

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。待儀器穩定后進行檢測。

為保證實驗結果準確，根據多次試驗結果，對儀器各項參數條件進行優化選擇，具體測量條件如表1所示。

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

1.2.2 校準曲線

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

表2 Ca、Al元素標準曲線Table 2 Standard curve of Ca and Al elements (mg/L)

將標準溶液按照濃度依次霧化后引入電感耦合等離子體炬內，根據標準溶液系列中各被測元素分析線處的凈光強和相應的濃度繪制校準曲線。各元素的線性相關系數必須大于0.999。

1.2.3 化學分析法實驗方法

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，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)標準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標準溶液(9.3 g/L)滴定至溶液由綠色熒光變成玫瑰紅色。

2 結果與討論

2.1 精密度試驗

按照1.2.1中的實驗方法對焊劑標準樣品(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、標準偏差(SD)和相對標準偏差(RSD)，結果見表3。

表3 精密度試驗Table 3 Precision test (%)

由表3可知，焊劑樣品中 Al2O3含量的每組結果中相對標準偏差范圍在0.59%～0.77%之間，CaO含量的每組結果中相對標準偏差范圍為0.70%～0.84%，均小于2%，說明本方法測得的數據穩定性好，具有良好的精密度。

2.2 準確度試驗

按照1.2.1中的實驗方法對焊劑標準樣品(GSBJ33001-92)進行測定，計算各元素測定值與認定值之間的相對誤差，結果見表4。

如表4所示，采用ICP-OES測定焊劑標樣中Al2O3和CaO含量的算術平均值分別為5.22和6.46，與認定值的絕對誤差分別為-0.03%和0.03%，根據要求分析結果與認定值之間絕對誤差的絕對值應當分別≤0.10%和0.15%[3-4]，上述結果顯然符合要求。

表4 準確度試驗Table 4 Accuracy test (%)

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

表5 化學分析法與ICP-OES法檢測結果的對比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%，小于標準允許值0.20%，測得CaO的絕對誤差范圍為0.02%～0.17%，小于標準允許值0.30%，可認為本法與化學分析法結果一致，可作為化學分析法的替代方法。

3 結 論

上述實驗證明電感耦合等離子體發射光譜法在測定Al2O3和CaO的精確度和準確度等方面都滿足現行標準的要求，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勢，作為一種快速檢測方法有應用和推廣的價值。