分光光度法測定不銹鋼中鎢、鉬、釩

王 巍

（中國航發湖南動力機械研究所，湖南株洲 412002）

不銹鋼一般是指鎳鉻體系和高鉻體系鋼，它是應用最廣的綠色環保金屬材料，因其具有良好的耐磨、耐蝕及耐熱性能，被廣泛應用于化工、餐飲、醫療、建筑和裝飾等行業[1]。部分添加了鎢、鉬、釩元素的不銹鋼具有良好的綜合力學性能，如1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼是在低碳的12%鉻鋼中加入大量的鎢、鉬、釩等縮小奧氏體相區的鐵素體形成元素所得到的一種新型馬氏體耐熱不銹鋼。該不銹鋼具有良好的耐熱性能和綜合力學性能。在航空工業中已廣泛用于制造600℃以下工作的發動機葉片、盤、軸等重要零部件[2]。因此不銹鋼的研究與應用范圍正不斷擴大。準確、快速、連續地測定不銹鋼中的鎢、鉬、釩等元素含量，縮短生產周期，降低生產成本，提高產品質量，是當前研究不銹鋼元素含量分析方法的重要課題。

國內不銹鋼常量元素成分檢測主要采用電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP-AES）分析法、原子吸收光譜法、直讀光譜法和經典化學分析法等方法[3]。其中紫外-可見分光光度法具有簡單、快速、準確及重復性好且對儀器設備要求較低的特點[4-5]。規模較小的實驗室受儀器設備、實驗室經費不足等條件的限制，更多地采用分光光度法測定元素含量。本文采用分光光度法測定酸溶解處理后的不銹鋼試樣中的鎢、鉬、釩元素的含量，很好地滿足了分析要求，且對設備設施要求低，用酸量少，縮短了檢測周期，可推廣性高。

1 試驗部分

1.1 試劑

鹽酸：分析純（ρ：約1.19g/mL）；硝酸：分析純（ρ：約1.42g/mL）；硫酸：分析純（ρ：約1.84g/mL）；磷酸：分析純（ρ：約1.69g/mL）；氫氧化鈉：分析純；高純鉬：質量分數99.99%；五氧化二釩：基準物質；三氧化鎢：基準物質；三氯化鈦溶液：取5mL分析純三氯化鈦（15%～20%）于15mL鹽酸中，加數顆鋅粒（無砷鋅粒，三級），稍放置，用水稀釋至50mL，搖勻備用；氯化亞錫溶液：5g/L，現配現用；硫氰酸鉀溶液：250g/L；高錳酸鉀溶液：3g/L；尿素溶液：200g/L，現配現用；亞硝酸鈉溶液：5g/L；鉭試劑：1g/L三氯甲烷溶液；抗壞血酸溶液：100g/L，現配現用；硫氰酸鉀溶液：200g/L；實驗用水為超純水。

1Cr11Ni2W2MoV標準樣品：含鎢1.76%，含鉬0.48%，含釩0.25%。

鉬標準溶液：鉬的濃度為0.5mg/mL。稱取0.250 0g純鉬（質量分數99.99%）置于250mL燒杯中，加入10mL硝酸（1+3），加熱溶解后加入5mL磷酸、5mL硫酸（1+1）繼續加熱至冒硫酸煙，取下稍冷加入20mL水加熱溶解鹽類。冷卻至室溫后將溶液轉入500mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

釩標準溶液：釩的濃度為100μg/mL。基準五氧化二釩經110℃烘干1h，置于干燥器中，冷卻至室溫，稱取0.178 5g該基準物質置于燒杯中，加25mL氫氧化鈉溶液（50g/L）加熱溶解。用硫酸（1+1）中和至酸性并過量20mL，加熱蒸發至冒硫酸煙，稍冷后加水溶解鹽類，冷卻至室溫。移入1 000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

鎢標準溶液：鎢的濃度為1mg/mL。稱取基準三氧化鎢1.2610g，置于鉑皿中，加入20%氫氧化鈉溶液10mL后加熱溶解，冷卻后轉入1 000mL容量瓶中以水稀釋至刻度，移入塑料瓶內貯存。

1.2 儀器及器皿

UV-1600紫外分光光度計；

ELGA LA753型實驗室超純水器；

METTLER AB204-L型萬分之一分析天平；

LabTech EG35A Plus型電熱板；

100mL容量瓶；250mL錐形瓶；60mL分液漏斗；10mL、100mL量筒；1cm比色皿。

1.3 實驗方法

準確稱取0.2g試樣于250mL燒杯中，加入15mL鹽酸、5mL硝酸，加熱溶解試樣，適當補加鹽酸或硝酸使試樣全部溶解，稍冷，加入磷酸8mL、硫酸（1+1）16mL，加熱蒸發至冒硫酸煙1min去除溶液中氮的氧化物，溶解試樣后，在冒硫酸煙時滴加濃硝酸，直至碳化物被完全破壞不再冒棕色煙霧，取下溶液冷卻至室溫后，加入50mL水，加熱煮沸至鹽類完全溶解，取下冷卻至室溫，移入100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

移取試樣溶液10mL置于100mL 容量瓶中，依次加入1+1硫酸15mL，水30mL，200g/L硫氰酸鉀溶液10mL，100g/L抗壞血酸溶液15mL，每加入一種試劑均應搖勻，用水稀釋至刻度，搖勻，放置25min以上。參比液除不加硫氰酸鉀溶液外，其他按同法配制。將顯色液移入1cm比色皿中，以參比溶液為參比，于470nm波長處測量其吸收光度，從工作曲線上查得鉬量。

移取10.00mL試樣溶液置于60mL分液漏斗中，滴加3g/L的高錳酸鉀溶液至試液呈紫紅色不再消褪。靜置2min，加入200g/L尿素溶液2mL。不斷搖動下滴加5g/L的亞硝酸鈉溶液至紫紅色消失，并過量一滴。加入1+1鹽酸15mL后立即加入1g/L鉭試劑-三氯甲烷溶液10.00mL，震蕩2min。待顯色液分層后，將有機相經脫脂棉過濾于干燥的1cm比色皿中，以空白實驗溶液為參比，于530nm波長處測量吸光度，從工作曲線上查得釩量。

移取試液5mL置于50mL 容量瓶中，依次加入5g/L氯化亞錫溶液約30mL，三氯化鈦溶液1.00mL，250g/L硫氰酸鉀溶液3.00mL，用5g/L氯化亞錫溶液稀釋至刻度，搖勻，放置15min。參比液除不加三氯化鈦溶液和硫氰酸鉀溶液外，其他按同法配制。將顯色液移入1cm比色皿中，以參比溶液為參比，于420nm波長處測量其吸收光度，從工作曲線上查得鎢量。

按下式計算鎢、鉬、釩的質量分數

式（1）中：ω為鎢、鉬、釩的質量分數；m1為由標準工作曲線上查得的鎢、鉬、釩質量（g）；V1為分取試液的體積（mL）；V－試液總體積（mL）；m為稱樣量（g）。

1%的釩相當于0.19%的鎢，鎢的正確含量通過校正計算后獲得。該系數隨顯色條件、分光光度計以及波長的不同而變化，可根據測量吸光度的條件各自求得。

2 結果與討論

2.1 稱樣量的選擇

稱取不同質量的1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼標準樣品于250mL燒杯中，按照試驗方法對樣品中的鎢、鉬、釩含量進行測定，從而對樣品稱樣質量進行選擇。實驗結果見表1。

表1 不同稱樣量時鎢、鉬、釩的測定值

由表1可知，不同稱樣量時，釩的測定值影響不大，鎢和鉬的測定值存在一定的影響，稱樣量在0.1g和0.2g時測定值與認定值最接近，實驗選擇稱樣量為0.2g。

2.2 溶解用酸的選擇

由于不銹鋼中因Cr、Ni等合金元素的存在具有一定的耐腐蝕性，不同的酸對不銹鋼的溶解能力不同，試驗用相同體積的鹽酸、硝酸、硫酸、鹽酸-硝酸混酸對1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼標準樣品進行實驗，觀察試樣溶解情況見表2。

表2 不同溶解酸對樣品的溶解情況

由表2可知，單獨使用鹽酸、硝酸、硫酸都存在溶解速度慢且溶解不完全的問題，使用鹽酸-硝酸混酸溶解樣品效果最好。

2.3 磷酸用量的選擇

當樣品中有高含量的鎢或鈮的存在時，完全溶解后溶液放置一段時間可能會水解產生沉淀，加入適量磷酸可以防止其水解。且PO43-與Fe3+形成無色可溶絡合物，過量的磷酸對鎢和鉬的顯色反應都存在一定的干擾。以加入不同磷酸用量的樣品溶液考察了磷酸用量對鎢、鉬測定值的影響，結果見表3。

表3 磷酸用量對鎢、鉬測定值的影響

由表3可知：當磷酸用量5mL左右時測定值準確。實驗選擇加入5mL磷酸。

2.4 方法準確度

稱取0.2g與試樣主量元素成分相似但不含鎢、鉬、釩的標鋼6份制取繪制工作曲線的底液，依次加入0.00mL、1.00mL、2.00mL、4.00mL、6.00mL、8.00mL鉬標準溶液，0.00mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL、5.00mL釩 標 準 溶 液，0.00mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL、5.00mL鎢標準溶液，以該測定方法分別制作鎢、鉬、釩元素的標準曲線，標準曲線及參數見圖1、2、3。

圖1 鉬的標準曲線

圖2 釩的標準曲線

由圖1～圖3可知，鎢、鉬、釩元素的標準曲線系數滿足測定的需要，說明該方法的準確度滿足測定的要求。

圖3 鎢的標準曲線

2.5 樣品的測定

用該測定方法對1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼標準樣品的鎢、鉬、釩進行10次分析測定。標準樣品中鎢的含量分析采用了ICP-AES、ICP-MS、硫酸氫鹽光度法、鹽酸氯丙嗪-三氯甲烷萃取光度法；鉬的含量分析采用了硫氰酸鹽直接光度法、ICP-AES、乙酸丁酯萃取硫氰酸鹽光度法；釩的含量分析采用了二苯胺磺酸鈉光度法、鉭試劑萃取光度法、IC-AES、ICPMS。標準樣品的實測結果見表4。10組測試數據中鎢的測定結果RSD為0.021%，釩的測定結果RSD為0.016%，鉬的測定結果RSD為0.017%。

表4 1Cr11Ni2W2MoV標準樣品實測結果

由表4可知，樣品的測定值與認定值的誤差均在允許范圍內，RSD也滿足測定需求。

3 結束語

通過該分析方法，不銹鋼樣品測定只需一次溶解處理，即可連續測定鎢、鉬、釩3個元素成分的含量。該分析方法的分析測定結果準確，簡便快捷，易于掌握，重復性好，很好地滿足了分析要求，且對實驗室硬件設施要求低，化學試劑的用量少，更加符合環保要求。