陸筱彬 李 穎 馮秀梅 陳 君

(江陰市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江蘇 江陰 214431)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定鍍錫鋼板中的鍍錫量

陸筱彬 李 穎 馮秀梅*陳 君

(江陰市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江蘇 江陰 214431)

建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定鍍錫鋼板中的鍍錫量的方法。為避免復(fù)雜基體、溶樣時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生干擾，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行定量分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，確定了溶樣用鹽酸的濃度、ICP儀器參數(shù)以及待測(cè)元素的分析線。考察了標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)性、精密度和準(zhǔn)確度等分析指標(biāo)。結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)曲線成線性關(guān)系(R=0.998 8)，檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為1.3%，與現(xiàn)有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法——碘酸鉀滴定法和X射線熒光光譜法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果基本一致。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法；鍍錫鋼板；錫量；標(biāo)準(zhǔn)加入法

0 引言

白錫是銀白色金屬，具有延展性，當(dāng)溫度升至505 K時(shí)，錫便開(kāi)始熔化。由于錫較低的熔點(diǎn)和一定的抗腐蝕性，常被用來(lái)做鍍層。電鍍錫板是在冷軋低碳鋼板雙面上鍍覆純錫的產(chǎn)品。鍍錫板不僅具有高強(qiáng)度，優(yōu)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(wú)毒，因而廣泛應(yīng)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(guān)聯(lián)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(cè)量 碘酸鉀滴定法和X射線熒光光譜法測(cè)錫層質(zhì)量”[2]，碘酸鉀滴定法具有較強(qiáng)的適用性和較高的準(zhǔn)確度。然而，其操作步驟繁瑣，檢測(cè)周期長(zhǎng)，對(duì)檢測(cè)人員的要求也較高。X射線熒光光譜法的標(biāo)準(zhǔn)樣品較難獲得。目前，檢測(cè)鍍錫層的方法不多[3-5]。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)分析技術(shù)是一種快速的定量檢測(cè)技術(shù)，廣泛應(yīng)用在冶金、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域[6-8]。標(biāo)準(zhǔn)加入法，又名標(biāo)準(zhǔn)增量法或直線外推法。當(dāng)實(shí)驗(yàn)中不能配制出與樣品相同的標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)而對(duì)吸收的影響難以保持一致時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法是非常有效的。本文擬使用標(biāo)準(zhǔn)加入法-ICP-AES檢測(cè)鍍錫鋼板中的鍍錫量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

OPTIMA8000型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(美國(guó)PE)；ARL Perform＇X型熒光光譜儀(美國(guó)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(biāo)準(zhǔn)溶液(國(guó)家有色金屬電子材料分析測(cè)試中心，GSB04-1753-2004，1 000 μg/mL)；鹽酸(分析純，上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司)；碘酸鉀(天津瑞金化學(xué)品有限公司，基準(zhǔn)試劑)；淀粉(分析純，天津致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司)；三氯化鐵(天津市大茂化學(xué)試劑廠)；鋁箔(天津科密歐化學(xué)試劑有限公司)；超純水(電阻率大于18.2 MΩ·cm)。

1.3 儀器參數(shù)

ICP儀器工作條件見(jiàn)表1。

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

1.4 加標(biāo)樣品溶液的配制

在4個(gè)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(biāo)準(zhǔn)溶液0.5，1.5，2.5和3.5 mL(3.0 mol/L鹽酸介質(zhì))，定容后得到錫的濃度分別為5、15、25和35 mg/L的加標(biāo)溶液。

1.5 實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)溶液，待測(cè)。

按1.3儀器條件進(jìn)行檢測(cè)，以濃度為橫坐標(biāo)，強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制曲線。未加標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液在曲線上對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)的絕對(duì)值即為所測(cè)溶液中錫元素濃度。根據(jù)錫濃度可計(jì)算得出鍍錫板單位面積上的鍍錫量。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽酸濃度的選擇

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，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(jīng)實(shí)驗(yàn)，鍍錫層在冷的鹽酸(3+1)溶解時(shí)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(duì)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(jìn)行溶解。為使測(cè)試酸度保持一致，本實(shí)驗(yàn)全部選用12 mL鹽酸(3+1)溶解樣品。

鹽酸溶解鍍錫層時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)量鍍錫層含量時(shí)，只要將鍍層溶解完全，增加溶解時(shí)間導(dǎo)致的鐵含量增加對(duì)錫含量的測(cè)定結(jié)果影響較小。

2.2 分析線的選擇

ICP-AES法對(duì)每種元素的測(cè)定都可以同時(shí)選擇多條特征譜線[3]，實(shí)際測(cè)試時(shí)根據(jù)樣品的背景、濃度、分析線強(qiáng)度、干擾情況和穩(wěn)定性來(lái)選擇合適的分析線。分析發(fā)現(xiàn)，鍍層溶液中除了待測(cè)的錫外，主要是鐵(特征波長(zhǎng)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(lái)源于低碳鋼板中的微量錳、硅和鍍錫層中的雜質(zhì)元素。實(shí)驗(yàn)中考查了波長(zhǎng)分別為189.927、235.485、242.17和283.998 nm的分析線的相關(guān)參數(shù)，結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?，四條分析線的相關(guān)系數(shù)相差不大，但波長(zhǎng)為235.485 nm時(shí)錫的濃度明顯高于其它分析線的濃度，說(shuō)明選用此分析線會(huì)產(chǎn)生很大干擾(波長(zhǎng)為234.8 nm鐵的干擾)。當(dāng)分析線為189.927 nm時(shí)，相對(duì)于242.17 nm和283.998 nm的分析線，雖然分析強(qiáng)度較小，但其背景等效濃度低，基體元素的干擾少，因此，實(shí)驗(yàn)采用189.927 nm波長(zhǎng)的分析線進(jìn)行測(cè)定。

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

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)鍍錫鋼板中錫的大概值設(shè)定加入標(biāo)準(zhǔn)溶液的含量。待測(cè)樣品中錫含量約為20 mg/L，配制加標(biāo)量分別為5、15、25和35 mg/L的溶液，線性回歸方程(錫強(qiáng)度y，待測(cè)鍍錫溶液中錫濃度x)及相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表3。可以看出，在標(biāo)準(zhǔn)加入量為5～35 mg/L時(shí)，錫的線性關(guān)系較好。用此方法，根據(jù)樣品中所含錫量的范圍，可改變錫標(biāo)準(zhǔn)溶液的加入量。

表3 工作曲線及相關(guān)系數(shù)Table 3 Working curve and correlation coefficient

樣品中的鍍錫量(g/m2)可用下面公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：CSn——待測(cè)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(biāo)準(zhǔn)溶液后定容的體積，mL；

r——鍍錫板的半徑，m。

根據(jù)上述公式，可以計(jì)算出樣品中的鍍錫量為2.80g/m2。

2.4 精密度實(shí)驗(yàn)

按本方法對(duì)同一鍍錫鋼板的鍍錫量進(jìn)行7次重復(fù)測(cè)定，計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，考察方法精密度，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。從表4中可以看出，7次重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為1.3%，說(shuō)明本方法測(cè)量重現(xiàn)性好。

表4 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Precision tests of the method /(g·m-2)

2.5 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

為了考察方法的準(zhǔn)確性，用本方法對(duì)四塊不同的鍍錫鋼板進(jìn)行測(cè)定，所得結(jié)果與使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法所測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較(結(jié)果見(jiàn)表5)?？梢钥闯觯褂肐CP-AES法測(cè)得的鍍錫量與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法分析結(jié)果一致，說(shuō)明ICP-AES法準(zhǔn)確可靠。

表5 各方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Analytical results of Tin contents for each method /(g·m-2)

3 結(jié)語(yǔ)

使用ICP-AES法測(cè)鍍錫鋼板中鍍錫量。通過(guò)測(cè)錫量條件的優(yōu)化、ICP分析條件的優(yōu)化，建立了ICP-AES法測(cè)定鍍錫鋼板中錫量的檢測(cè)程序。用標(biāo)準(zhǔn)加入法消除基體影響，從對(duì)實(shí)際樣品的檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，用ICP-AES法得到的準(zhǔn)確度較高，同現(xiàn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法比對(duì)結(jié)果基本一致。本方法準(zhǔn)確、可靠，可分析鍍錫鋼板中鍍錫量。

[1] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 2520—2008冷軋電鍍錫鋼板及鋼帶[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[2] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 1839—2008鋼產(chǎn)品鍍鋅層質(zhì)量試驗(yàn)方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[3] 金獻(xiàn)忠,謝健梅,陳建國(guó).激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定金屬鍍錫層的厚度[J].巖礦測(cè)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(xué)武,王德智,徐永宏.非測(cè)量層SnKα特征譜線對(duì)X射線熒光光譜法測(cè)定冷軋鍍錫板Sn層質(zhì)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(fā)射光譜(ICP-AES)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2011,1(4):15-18.

[7] 許紅斌.ICP-AES技術(shù)在冶金分析中的應(yīng)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(fā)射光譜法測(cè)定地質(zhì)樣品中的鎢、鉬、錫[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)(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(xué)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