分光光度法在金屬材料元素化學(xué)分析中的應(yīng)用

王潔（天津津?yàn)I石化設(shè)備有限公司，天津 300271）

分光光度法在金屬材料元素化學(xué)分析中的應(yīng)用

王潔（天津津?yàn)I石化設(shè)備有限公司，天津 300271）

在工業(yè)生產(chǎn)和石化建設(shè)中離不開(kāi)金屬材料，金屬材料性能和種類的不同，應(yīng)用的方向也會(huì)隨之不同?；瘜W(xué)元素含量是金屬材料性能和質(zhì)量的重要指標(biāo)，可以通過(guò)多種方法進(jìn)行分析和測(cè)定，其中化學(xué)分析是最主要的元素檢測(cè)手段?；瘜W(xué)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(yīng)用于理化實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)中最重要的是可見(jiàn)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(cè)定

1 分光光度法簡(jiǎn)介

（1）分光光度法是根據(jù)待測(cè)溶液對(duì)光的選擇性吸收而建立起來(lái)的一種分析方法，紫外可見(jiàn)分光光度法是最常應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室的微量元素含量分析方法，具有靈敏度高、應(yīng)用廣泛、操作簡(jiǎn)便快捷和準(zhǔn)確度較高等優(yōu)點(diǎn)。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(zhì)的厚度和試樣溶液的濃度有關(guān)。A=KcL，此公式表明：射入光的強(qiáng)度一定時(shí)，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(shù)，是個(gè)常數(shù)，與溶液的溫度、性質(zhì)以及射入光的波長(zhǎng)有關(guān)。

（2）當(dāng)溶液的厚度不變時(shí)，測(cè)定一系列濃度不同的標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，可以得出關(guān)于溶液和吸光度的一條工作曲線，之后測(cè)定待測(cè)溶液吸光度，從而得出待測(cè)溶液的濃度。但是在一定實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)常會(huì)有工作曲線一端或兩端發(fā)生彎曲的情況，如圖一，當(dāng)濃度大于c2或小于c1時(shí)，郎伯-比爾定律失效。為使實(shí)驗(yàn)更加準(zhǔn)確有效，可選用一組標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)繪制工作曲線，但應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度含量最大值和最小值應(yīng)覆蓋待測(cè)樣品的全部含量。實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常用此方法測(cè)定鋼鐵原材料中待測(cè)元素含量，從而判定金屬材料的性能和質(zhì)量。

（3）顯色反應(yīng)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(yīng)把待測(cè)物質(zhì)M轉(zhuǎn)化為有色化合物M-R是最主要的檢測(cè)方法。對(duì)顯色反應(yīng)有靈敏度高、選擇性好、有色化合物組成固定并且化學(xué)性質(zhì)足夠穩(wěn)定和對(duì)比度大等要求。顯色劑的用量應(yīng)適當(dāng)過(guò)量，溶液酸度，顯色時(shí)間和溫度對(duì)顯色反應(yīng)均有影響。在進(jìn)行某種元素的光度分析檢測(cè)時(shí)，除考慮被測(cè)元素的最佳反應(yīng)條件，還應(yīng)考慮干擾物質(zhì)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(jià)態(tài)和分離干擾離子等方法。

（4）為了進(jìn)一步提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，還應(yīng)考慮分光光度法儀器測(cè)量誤差及消除，選擇適合的檢測(cè)波長(zhǎng),控制適當(dāng)?shù)奈舛茸x數(shù)范圍，選在適當(dāng)?shù)膮⒈热芤憾紩?huì)提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2 分光光度計(jì)

分光光度法所使用的主要儀器是分光光度計(jì)，其工作原理是利用物質(zhì)對(duì)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(cè)定待測(cè)組分含量。分光光度計(jì)的種類和型號(hào)有很多，但在金屬材料分析行業(yè)最主要的是可見(jiàn)分光光度計(jì)，如722型和723型。

3 實(shí)驗(yàn)舉例

（1）以鋼鐵及合金中磷含量的測(cè)定為例，簡(jiǎn)述分光光度法在金屬材料元素化學(xué)分析中的應(yīng)用。磷是鋼鐵中最常見(jiàn)的有害元素，實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常用銻磷鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定鋼鐵及合金中磷的含量，檢測(cè)范圍質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.01%～0.06%。

（2）主要儀器、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)原理

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

（3）實(shí)驗(yàn)步驟

稱取0.2000g式樣及選定標(biāo)鋼（冶金部標(biāo)準(zhǔn)樣品YSB C 28172-95山東省冶金科學(xué)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(fā)至冒高氯酸煙，至燒杯內(nèi)部透明并回流3min～4min，繼續(xù)蒸發(fā)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(jià)并過(guò)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溶液：在標(biāo)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(zhǎng)700nm處，用2cm比色皿測(cè)其吸光度。

（4）工作曲線的繪制

標(biāo)鋼（磷含量%）標(biāo)鋼1（0.010）標(biāo)鋼2（0.015）標(biāo)鋼3（0.021）標(biāo)鋼4（0.035）標(biāo)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(cè)出待測(cè)樣品的吸光度，從而得知待測(cè)樣品濃度

待測(cè)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(fā)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(xù)蒸發(fā)至冒高氯酸煙。（此方法為國(guó)標(biāo)的方法，對(duì)某些實(shí)驗(yàn)室經(jīng)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(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證準(zhǔn)確有效。）

②若試樣中鉻大于5mg，需將鉻氧化至六價(jià)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(shí)間應(yīng)在15min～20min。

（6）對(duì)顯色反應(yīng)的要求

顯色反應(yīng)加入鉬酸銨時(shí)不要使鉬酸銨溶液粘附在瓶壁上，應(yīng)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?yàn)樗岫鹊?，將被還原成藍(lán)色，造成測(cè)量誤差。

4 標(biāo)準(zhǔn)的偏離

GB/T223.59-2008中使用的是磷的標(biāo)準(zhǔn)溶液建立工作曲線，而此處則用標(biāo)鋼代替標(biāo)準(zhǔn)溶液建立工作曲線（根據(jù)實(shí)驗(yàn)室具體情況選擇使用標(biāo)鋼或標(biāo)準(zhǔn)溶液），經(jīng)技術(shù)分析，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證確認(rèn)該偏離對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性不會(huì)產(chǎn)生影響。

5 準(zhǔn)確度和精密度

磷含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%重復(fù)性限r(nóng)再現(xiàn)性限R

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

m：兩個(gè)測(cè)量值的平均數(shù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

在重復(fù)性條件下，獲得的兩次獨(dú)立測(cè)試結(jié)果的絕對(duì)差值不大于重復(fù)性限（r）,以大于重復(fù)性限（r）的情況不超過(guò)5%為前提。

在再現(xiàn)性條件下，獲得的兩次獨(dú)立測(cè)試結(jié)果的絕對(duì)差值不大于重復(fù)性限（R）,以大于重復(fù)性限（R）的情況不超過(guò)5%為前提。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，金屬材料的需求和應(yīng)用越來(lái)越多，對(duì)其化學(xué)元素含量的要求也越來(lái)越高，對(duì)化學(xué)元素含量進(jìn)行分析，是把握金屬材料優(yōu)劣的重要關(guān)卡。分光光度法作為一項(xiàng)比較成熟的分析方法，在檢測(cè)單位和質(zhì)量控制單位中具有最廣泛的應(yīng)用，雖然在檢測(cè)范圍等方面還存在著一定的缺點(diǎn)，但是科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，隨著不斷的反復(fù)實(shí)驗(yàn)研究，也必然將會(huì)突破其局限性，尋找效果更好的掩蔽體系，或通過(guò)化學(xué)計(jì)量等途徑來(lái)確定待測(cè)組分的最佳條件，使實(shí)驗(yàn)更加便捷和準(zhǔn)確。

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

[2]馬沖先主編化學(xué)分析（鍋爐壓力容器理化檢驗(yàn)人員培訓(xùn)教材）中國(guó)質(zhì)檢出版社2012.

[3]周名成，俞汝勤編紫外與可見(jiàn)分管光度法北京化學(xué)工業(yè)出版社1986.

[4]徐盤(pán)明，趙祥大編使用金屬材料分析方法合肥中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社1990.

[5]四川大學(xué)化工學(xué)院，華東理工大學(xué)化學(xué)系編分析化學(xué)高等教育出版社.

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