火焰原子吸收光譜法測(cè)定鑄鋁合金中的銅

劉博濤 王東升 于 洋

(齊齊哈爾北方機(jī)器有限責(zé)任公司計(jì)量理化中心，黑龍江齊齊哈爾 161000)

近年來(lái)，鋁合金在工業(yè)上的應(yīng)用較為廣泛，銅含量對(duì)其性能有重要的影響。銅含量的測(cè)定方法有傳統(tǒng)的碘化鉀-硫代硫酸鈉滴定法、EDTA滴定法[1]，這些方法需要掩蔽共存元素的干擾，不但操作繁瑣，而且準(zhǔn)確度不高。筆者采用火焰原子吸收光譜法測(cè)定鑄鋁合金中的銅，結(jié)果表明，方法具有較高的靈敏度和較低的檢測(cè)線，且重現(xiàn)性好，易于操作。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

原子吸收分光光度計(jì)：WYX-2001型，沈陽(yáng)儀通分析儀器有限公司；

銅空心陰極燈；

鹽酸：ρ=1.19 g/mL；

硝酸：ρ=1.42 g/mL；

銅標(biāo)準(zhǔn)貯存液：1.0 mg/mL；

鋁溶液：20 mg/mL；

銅標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.1 mg/mL。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取試樣0.050 00 g于100 mL燒杯中，加入5～8 mL水，分次加入總量10 mL鹽酸，待劇烈反應(yīng)停止后，緩慢加熱至試樣溶解，滴加硝酸1 mL，使其溶解。冷卻后，將試液移入100 mL容量瓶中，以水稀釋至刻度，混勻。從中移取10 mL此試液置于100 mL容量瓶中，以水稀釋至刻度，混勻。噴入空氣-乙炔火焰，測(cè)定銅的吸光度。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別吸取銅標(biāo)準(zhǔn)溶液2.00、4.00、6.00、8.00、10.00、12.00 mL置于6個(gè)100 mL容量瓶中，加入2.0 mL鋁溶液，以水稀釋至刻度，混勻。

用原子吸收分光光度計(jì)在最佳工作條件下測(cè)定吸光度見表1。

表1 工作曲線濃度與吸光度關(guān)系

從表1和圖1結(jié)果來(lái)看，銅量在0～12 μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系很好。以銅濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,y=0.510 6x+0.049,相關(guān)系數(shù)r2=0.999 8。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作條件的選擇

在火焰原子吸收光譜分析中，除儀器因素外，分析方法的靈敏度、準(zhǔn)確度，干擾情況和分析過(guò)程是否簡(jiǎn)便快速在很大程度上取決于實(shí)驗(yàn)條件，因此必須選擇儀器的最佳工作條件。

實(shí)驗(yàn)對(duì)燃燒器高度、燃?xì)夂椭細(xì)獾牧髁勘?、燈電流、光譜通帶寬度及工作波長(zhǎng)、負(fù)高壓進(jìn)行了選擇。初步固定的測(cè)量條件：波長(zhǎng)324.7 nm，燈電流3 mA，光譜通帶寬度0.2 nm，助燃?xì)饬髁?.40 m3/h,燃?xì)饬髁?.10 m3/h,負(fù)高壓250 V。

2.1.1 燈電流

空心陰極燈的發(fā)射特性依賴于燈電流，因此在原子吸收分析中，為了得到較高的靈敏度和精密度要選擇適當(dāng)?shù)臒綦娏?。試?yàn)通過(guò)改變燈電流，測(cè)定了不同的燈電流下銅標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度，結(jié)果見圖1。

圖1 吸光度與燈電流的關(guān)系

就測(cè)定的靈敏度而言，燈電流宜小些。燈電流小，譜線的多譜勒變寬和自吸效應(yīng)減小，發(fā)射線的半寬度變窄，靈敏度增高；但是燈電流太小，放電不穩(wěn)定，光譜輸出穩(wěn)定性差。為了提高精密度，選擇燈電流為2 mA。

2.1.2 燃?xì)饬髁?/p>

將助燃?xì)獾牧髁抗潭ㄔ?.40 m3/h，通過(guò)改變?nèi)細(xì)獾牧髁慷淖內(nèi)贾?，測(cè)量銅標(biāo)準(zhǔn)溶液在不同燃?xì)饬髁繒r(shí)的吸光度，測(cè)定結(jié)果見圖2。

由圖2可知，選擇的燃?xì)饬髁繛?.12 m3/h。

2.1.3 助燃?xì)饬髁?/p>

在初步固定的測(cè)量條件下，通過(guò)改變助燃?xì)獾牧髁慷淖冎急?，測(cè)得銅標(biāo)準(zhǔn)溶液在不同助燃?xì)饬髁繒r(shí)的吸光值,見圖3。試驗(yàn)表明，選擇助燃?xì)饬髁繛?.4 m3/h。

圖3 助燃?xì)饬髁颗c吸光度的關(guān)系

2.1.4 燃燒器高度

在火焰中進(jìn)行原子化的過(guò)程是一個(gè)極為復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程。在火焰的不同高度，基態(tài)原子的密度是不同的，因此靈敏度也不同。在燃燒器窄縫上方2～5 mm處，火焰中具有最大的基態(tài)原子密度，靈敏度最高。因此選擇燃燒器的高度實(shí)現(xiàn)空心陰極燈的輻射，從自由原子濃度最大的火焰區(qū)域通過(guò)，以獲得最理想的靈敏度。

燃燒器高度與吸光度關(guān)系見表1。在初步固定的條件下，噴入30 μg/mL銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后改變?nèi)紵鞲叨葋?lái)測(cè)定相應(yīng)的銅吸光度，結(jié)果見表2。由表2可知，燃燒器的高度應(yīng)選擇10 mm，此時(shí)銅的吸光度最大，即光束在還原焰中通過(guò)。

表1 燃燒器高度與吸光度關(guān)系

表2 燃燒器高度的選擇

2.1.5 光譜通帶寬度

光譜通帶寬度以能否將吸收線與臨近線分開為原則，即在選定的光譜通帶寬度下，只有吸收線通過(guò)單色器的出射到達(dá)檢測(cè)器。選擇光譜通帶寬度，既要考慮分辨率，又要考慮到光強(qiáng)度。通帶寬，光強(qiáng)度大，信噪比高，靈敏度較低，標(biāo)準(zhǔn)曲線容易彎曲；通帶窄，光強(qiáng)度弱，信噪比低，靈敏度較高，因此要使曲線的線性好應(yīng)選擇窄帶寬度，實(shí)驗(yàn)選擇光譜通帶的寬度為0.2 nm。

2.1.6 工作波長(zhǎng)的選擇

元素的吸收線波長(zhǎng)與實(shí)際測(cè)量波長(zhǎng)通常會(huì)有誤差，實(shí)驗(yàn)前要先準(zhǔn)確調(diào)節(jié)波長(zhǎng)。點(diǎn)燃光源燈，待發(fā)射強(qiáng)度穩(wěn)定后，在選定的銅吸收線波長(zhǎng)(324.7nm)附近反復(fù)微調(diào)，直至發(fā)射強(qiáng)度最大。

2.1.7 儀器最佳工作條件的確定

通過(guò)系列試驗(yàn)選擇了儀器最佳工作條件，見表3。

表3 儀器工作條件的選擇

2.2 酸度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

在銅標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中，加入不同量的鹽酸溶液(1+1)，按1.2實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定銅的吸光度。增大標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的酸度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響見表4。

由表4數(shù)據(jù)可知，鹽酸的加入量在12 mL以下時(shí)，測(cè)量銅可得到穩(wěn)定的吸光度；而鹽酸加入量大于12 mL時(shí)，吸光度降低。由此實(shí)驗(yàn)選擇鹽酸作介質(zhì)時(shí)加入量控制在12 mL以下。

表4 鹽酸加入量對(duì)吸光度的影響

2.3 標(biāo)準(zhǔn)樣品試驗(yàn)

為驗(yàn)證此方法的準(zhǔn)確度和精密度，特選取5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品按此方法進(jìn)行測(cè)試，并進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)條件篩選試驗(yàn)，優(yōu)化測(cè)試條件后，利用本方法對(duì)鋁合金中的銅進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明，方法具有結(jié)果準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好、方法可靠、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，該法完全適用于生產(chǎn)中對(duì)銅的檢測(cè)。

表5 標(biāo)準(zhǔn)樣品中Cu含量測(cè)定結(jié)果(n=5)

[1]上海材料研究所.有色金屬及合金的分析方法[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[2]鞍鋼鋼鐵研究所，沈陽(yáng)鋼鐵研究所.實(shí)用冶金分析[M].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1990.

[3]劉珍.化驗(yàn)員讀本[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

[4]華東工學(xué)院，成都科學(xué)技術(shù)大學(xué).分析化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2001.