电感耦合等离子体法测定锡青铜中Fe、Sb元素

张凤萍

(山西太原重工理化检定中心，山西030024)



电感耦合等离子体法测定锡青铜中Fe、Sb元素

张凤萍

(山西太原重工理化检定中心，山西030024)

摘要：用混合酸溶解一系列同基体有证标准物质后移入100 ml容量瓶中作为标准溶液，同时锡青铜试样以同样方法溶样处理，用ICP-AES测量锡青铜中Fe、Sb元素。使用该法分析标准样品，分析结果与标准值基本一致，均在允许误差范围内。

关键词：电感耦合等离子体发射光谱法；锡青铜；元素测定

锡青铜由于坚硬，易熔，能很好地铸造成型，一般用于制造弹性铜合金元件，广泛用于锅炉和海船零件。含铅锡青铜常用作耐磨零件和滑动轴承。为了提高铸造性能，铜中添加Pb、Zn、Sn等主元素改善产品耐磨性、可切割性，有时存在含量较少的元素如P、Fe、Sb等元素。在铜合金中Sb是有害元素，它能使铸件疏松，降低耐磨性和力学性能，在加工时易碎裂。为了保证铜合金的质量，要求严格控制铜合金中Sb等元素的含量。铜合金种类很多，元素含量复杂，准确测定锡青铜中的元素含量对铜合金的价格评定和冶炼工艺的控制都十分重要。

测定铜中Sb元素的传统方法是试样溶解在盐酸介质中，锑离子与孔雀绿生成有色络合物，用甲苯定量萃取，有机相呈绿色，进行光度测定。传统方法使用剧毒性化学药品甲苯等进行分析，污染环境，方法繁杂，效率低。目前国家标准GB/T 5121.27—2008中没有对各种不同种类铜合金检验全面详细的说明，应用标准方法测定时，发现溶解试样时有白色混浊现象，样品不能完全被分解，影响元素的进一步准确测定，难以满足对铜合金的检验要求。本实验研究了ICP-AES法测定锡青铜的分析方法。试样在直读等离子发射光谱仪上，采用基体匹配技术消除了基体的干扰，用HCl和H2O2溶解试样，能溶解彻底，选择了最佳激发条件和仪器分析条件。本方法用于实际样品分析，测定锡青铜合金中元素的灵敏度高，干扰少，线性范围宽，能同时测定多种元素，准确度高，并取得了一定效果。

1实验部分

1.1仪器与试剂

仪器与试剂主要有：

icp6300电感耦合等离子体原子发射光谱仪(THEROMFISH)；

电热板；

AE-204A、38695电子天平；

HCl(1+1)，分析纯；

H2O2(浓)，分析纯；

Ar(体积分数大于99.99%)；

一系列国家或行业有证标准样品，如：GBW02101、GBW02118和BY1906-1等锡青铜标准物质；

100 ml容量瓶；

150 ml锥形瓶。

1.2仪器工作条件

美国热电公司icp6300电感耦合等离子原子发射光谱仪，射频功率1 150 W，雾化器气体流量为0.7 L/min，辅助气流量0.5 L/min，分析泵转速50 r/min，冲洗泵转速50 r/min，积分时间30 s，泵稳定时间5 s，垂直观察高度15 cm。

待测元素的分析线波长为：Fe 238.2 nm，Sb 206.8 nm。

1.3试验方法

称取铜合金试样0.100 0 g于小烧杯中，加入HCl(1+1)20 ml，缓慢滴加H2O2(浓)约10 ml，低温加热，待试样完全溶解后，加热至沸，取下，冷却，移入100 ml容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

称取约0.060 0 g高纯铜(大于99.999%)加入HCl (1+1)，滴加H2O2(浓)，低温加热，待试样完全溶解后，溶样后稀释于100 ml容量瓶中作为空白溶液。选择与待测试样基体一致、质量分数相近、但有一定差别的有证标准样品用上述方法溶解，用蒸馏水稀释至100 ml容量瓶中，按照上述仪器工作条件设定电感耦合等离子体光谱工作参数，测量试样中Fe、Sb等元素光谱强度。根据标准试样的质量浓度与测得的光谱强度，仪器自动绘制工作曲线，工作曲线线性回归系数要符合R⟩0.999。同时应用同样的方法测定试样中元素含量。通过扣除背景，消除干扰，根据工作曲线，计算机自动给出试样的元素含量结果，并计算标准偏差。数据如表1所示。

2试验结果与讨论

2.1样品溶解分析

样品处理技术直接影响着试样的测定结果，既要将试样完全溶解，又不能损失有效组分。应用国标方法溶解锡青铜试样时容易产生沉淀，影响元素测定结果。经多次用各种酸进行溶解试验得出：应用HNO3溶解试样有沉淀产生。H2SO4和H3PO4是粘稠性的酸，不利于等离子体光谱仪测定使用。只有采用HCl与H2O2溶样，溶解才彻底，溶液清澈透明，没有组分损失，很好地解决了用国标方法溶解样品时有白色沉淀的问题。

2.2干扰试验

表1　标样分析结果(质量分数，%)

溶液中存在大量的Cu元素，使信号基线略有升高。本方法采用基体匹配来消除干扰：选择与待测试样基体相一致、质量分数相近、但有一定差别的有证标准样品来配置标准曲线，使用相同的混合酸溶解标准物质与试样来消除酸基体效应。按设置的仪器工作条件，分别在分析线238.2 nm和206.8 nm处测定铜样中Fe、Sb元素含量，该方法基体效应较小，各待测元素之间没有明显干扰。分析有证标准物质和实际样品，分析结果与认定值基本一致，均在允许误差范围内。方法的回收率：铁为98%～100.5%，锑为97%～101%。

2.3检出限

铁空白溶液(%)：0.004 7，0.004 5，0.004 4，0.004 4，0.004 4，0.004 4，0.004 4，0.004 4，0.004 5，0.004 2，0.004 4。

锑空白溶液(%)：0.002 1，0.001 9，0.002 4，0.002 1，0.001 8，0.001 3，0.002 0，0.002 1，0.001 8，0.001 5，0.002 0。

按仪器工作条件对11份空白溶液进行测定，以3倍标准偏差计算各元素的检出限：铁的检出限是0.000 4 mg/L，锑的检出限是0.01 mg/L。

2.4工作曲线和分析结果

Fe、Sb工作曲线的线性回归方程和相关系数见表2。

表2　Fe、Sb工作曲线的线性回归方程和相关系数

本方法在应用电感耦合等离子体光谱仪时设置了合适的测定条件，Fe、Sb元素工作曲线线性均达到了R⟩0.999 8。完全符合国标线性R⟩0.999的要求，测定结果的准确度较高。

3结论

(1)样品处理技术直接影响着试样的测定结果，既要将试样完全溶解，又不能损失有效组分。本方法采用HCl与H2O2溶解试样实验成功，溶样彻底，很好地解决了应用国标方法溶解锡青铜试样时产生沉淀的问题。

(2)应用电感耦合等离子体光谱仪时设置了合适的测定条件，调整仪器测定背景，扣除干扰，采用国家认证的标钢配制一系列标准溶液，基体与试样基本相近，用等离子原子发射光谱仪做工作曲线。测定结果与标样认定值基本一致，方法的相对标准偏差均小于5%，准确度和精密度良好。与传统的单元素分析方法相比，用ICP-AES法测定Sn和Fe，具有准确、快速、消耗试剂少等优点，适用于日常铜合金检验。

(3)选择灵敏度高、干扰少的元素谱线进行分析，经实验：待测元素Fe的分析线波长为238.2 nm，Sb分析线波长为206.8 nm，比较满足条件。

(4)试验成功后将制定出系统的分析规程，用于日常检验，对减少废品起到重要作用，为提高产品质量提供可靠的数据保障。在该类化学分析中增添了新方法，对国标将是一个补充，拓宽了分析范围，这一技术应用于实际检验中将大大提高试样元素分析效率，将会产生较好的经济和社会效益，有较广的应用前景。

参考文献

[1]周燕，等.电感耦合等离子体质谱法测定铅锌矿区土壤中微量元素.理化检验(化学分册5)，2011(47).

[2]李芬，等.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铂铑合金中铑.理化检验(化学分册5)，2011(47).

编辑杜青泉

生产技术

Determination of Fe and Sb in Tin Bronze by

Inductive Coupling Plasma Method

Zhang Fengpin

Abstract：After dissolved a series of certified reference material with the same matrix by the mixed acid, the dissolved material has been brought into a 100 ml volumetric flask as the standard solution. Meanwhile, the sample of tin bronze has been dissolved with the same method. Then the Fe and Sb in the tin bronze have been measured by ICP-AES. By adopting this kind of method to analyze the standard sample, the analyzed results were basically same as the standard values, and were in the range of permissible error.

Key words：inductive coupling plasma emission spectroscopy; tin bronze; element determination

作者简介：张凤萍(1969—)，女，高级工程师，主要从事化学分析工作，对铜合金、铁合金、钢铁材料、非金属耐火材料等成分含量进行分析及研究。电话:18636976619，E-mail：zfpd-119@163.com

收稿日期：2015—10—05

中图分类号：O657.31

文献标志码：A