电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定镀锡钢板中的镀锡量

陆筱彬 李 颖 冯秀梅 陈 君

(江阴市产品质量监督检验所，江苏 江阴 214431)

电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定镀锡钢板中的镀锡量

陆筱彬 李 颖 冯秀梅*陈 君

(江阴市产品质量监督检验所，江苏 江阴 214431)

建立了电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定镀锡钢板中的镀锡量的方法。为避免复杂基体、溶样时间对测试结果产生干扰，采用标准加入法进行定量分析。通过实验，确定了溶样用盐酸的浓度、ICP仪器参数以及待测元素的分析线。考察了标准曲线的相关性、精密度和准确度等分析指标。结果表明，标准曲线成线性关系(R=0.998 8)，检测结果的相对标准偏差仅为1.3%，与现有的国家标准分析方法——碘酸钾滴定法和X射线荧光光谱法进行对比实验，测量结果基本一致。

电感耦合等离子体原子发射光谱法；镀锡钢板；锡量；标准加入法

0 引言

白锡是银白色金属，具有延展性，当温度升至505 K时，锡便开始熔化。由于锡较低的熔点和一定的抗腐蚀性，常被用来做镀层。电镀锡板是在冷轧低碳钢板双面上镀覆纯锡的产品。镀锡板不仅具有高强度，优良的耐蚀性，外观亮泽，还具有良好的印刷着色性。由于镀锡层无毒，因而广泛应用于化工、油漆、食品、饮料的包装和各种器皿的制造。

镀锡量与电镀锡板的耐蚀性能关联很大，“GB/T 2520—2008 冷轧电镀锡钢板及钢带”[1]中分别引用“GB/T 1839 镀锡量测量 碘酸钾滴定法和X射线荧光光谱法测锡层质量”[2]，碘酸钾滴定法具有较强的适用性和较高的准确度。然而，其操作步骤繁琐，检测周期长，对检测人员的要求也较高。X射线荧光光谱法的标准样品较难获得。目前，检测镀锡层的方法不多[3-5]。电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析技术是一种快速的定量检测技术，广泛应用在冶金、食品、医药等领域[6-8]。标准加入法，又名标准增量法或直线外推法。当实验中不能配制出与样品相同的标准溶液，或因样品本身基体成本较高，变化不定或者样品中含有固体物质而对吸收的影响难以保持一致时，采用标准加入法是非常有效的。本文拟使用标准加入法-ICP-AES检测镀锡钢板中的镀锡量。

1 实验部分

1.1 实验仪器

OPTIMA8000型电感耦合等离子体原子发射光谱(美国PE)；ARL Perform＇X型荧光光谱仪(美国热电公司)；AL104型电子天平(梅特勒-托利多)；超纯水仪(上海摩勒生物科技有限公司)。

1.2 材料与试剂

镀锡钢板；锡标准溶液(国家有色金属电子材料分析测试中心，GSB04-1753-2004，1 000 μg/mL)；盐酸(分析纯，上海苏懿化学试剂有限公司)；碘酸钾(天津瑞金化学品有限公司，基准试剂)；淀粉(分析纯，天津致远化学试剂有限公司)；三氯化铁(天津市大茂化学试剂厂)；铝箔(天津科密欧化学试剂有限公司)；超纯水(电阻率大于18.2 MΩ·cm)。

1.3 仪器参数

ICP仪器工作条件见表1。

表1 ICP仪器工作条件Table 1 Working conditions of ICP instrument

1.4 加标样品溶液的配制

在4个装有相同样品量的100 mL容量瓶中分别加入浓度为1 000 μg/mL的锡标准溶液0.5，1.5，2.5和3.5 mL(3.0 mol/L盐酸介质)，定容后得到锡的浓度分别为5、15、25和35 mg/L的加标溶液。

1.5 实验方法

将镀锡钢板制成直径为48 mm的圆片，用盐酸溶液溶解后，定容至100 mL后，分取20 mL于100 mL容量瓶中，加入锡标准溶液，待测。

按1.3仪器条件进行检测，以浓度为横坐标，强度为纵坐标绘制曲线。未加标准样品溶液在曲线上对应的横坐标的绝对值即为所测溶液中锡元素浓度。根据锡浓度可计算得出镀锡板单位面积上的镀锡量。

2 结果与讨论

2.1 盐酸浓度的选择

实验发现，镀层锡在冷的稀盐酸中溶解缓慢，但可迅速溶于热浓盐酸。经实验，镀锡层在冷的盐酸(3+1)溶解时间适中，大约5 min可完全将镀层完全溶解。因此选用冷的盐酸(3+1)作为退镀液。对于直径为48 mm的圆片型镀锡钢板，可用8～30 mL的盐酸(3+1)进行溶解。为使测试酸度保持一致，本实验全部选用12 mL盐酸(3+1)溶解样品。

盐酸溶解镀锡层时，不仅镀层被盐酸溶解，低碳钢板也易被盐酸溶解。在样品中加入12 mL盐酸(3+1)，待试样镀锡层完全溶解、裸露出光洁的铁基表面后即可将试样移出(约5 min)。在合适的分析条件下，使用标准加入法测量镀锡层含量时，只要将镀层溶解完全，增加溶解时间导致的铁含量增加对锡含量的测定结果影响较小。

2.2 分析线的选择

ICP-AES法对每种元素的测定都可以同时选择多条特征谱线[3]，实际测试时根据样品的背景、浓度、分析线强度、干扰情况和稳定性来选择合适的分析线。分析发现，镀层溶液中除了待测的锡外，主要是铁(特征波长为238.204、239.562、259.939、234.349、234.830、238.863、273.55、302.107和417.206 nm)元素，以及来源于低碳钢板中的微量锰、硅和镀锡层中的杂质元素。实验中考查了波长分别为189.927、235.485、242.17和283.998 nm的分析线的相关参数，结果如表2所示。可以看出，四条分析线的相关系数相差不大，但波长为235.485 nm时锡的浓度明显高于其它分析线的浓度，说明选用此分析线会产生很大干扰(波长为234.8 nm铁的干扰)。当分析线为189.927 nm时，相对于242.17 nm和283.998 nm的分析线，虽然分析强度较小，但其背景等效浓度低，基体元素的干扰少，因此，实验采用189.927 nm波长的分析线进行测定。

表2 分析线及相关参数Table 2 Analysis lines and related parameters /(mg·L-1)

2.3 标准曲线

根据镀锡钢板中锡的大概值设定加入标准溶液的含量。待测样品中锡含量约为20 mg/L，配制加标量分别为5、15、25和35 mg/L的溶液，线性回归方程(锡强度y，待测镀锡溶液中锡浓度x)及相关系数见表3。可以看出，在标准加入量为5～35 mg/L时，锡的线性关系较好。用此方法，根据样品中所含锡量的范围，可改变锡标准溶液的加入量。

表3 工作曲线及相关系数Table 3 Working curve and correlation coefficient

样品中的镀锡量(g/m2)可用下面公式进行计算：

式中：CSn——待测溶液中的锡浓度，mg/L；

V1——将锡镀钢板溶解后稀释的体积，mL；

V2——将镀锡钢板溶解后分取的体积，mL；

V3——加入标准溶液后定容的体积，mL；

r——镀锡板的半径，m。

根据上述公式，可以计算出样品中的镀锡量为2.80g/m2。

2.4 精密度实验

按本方法对同一镀锡钢板的镀锡量进行7次重复测定，计算其相对标准偏差，考察方法精密度，测定结果见表4。从表4中可以看出，7次重复实验结果的相对标准偏差仅为1.3%，说明本方法测量重现性好。

表4 精密度实验结果Table 4 Precision tests of the method /(g·m-2)

2.5 准确度实验

为了考察方法的准确性，用本方法对四块不同的镀锡钢板进行测定，所得结果与使用国家标准方法所测结果进行比较(结果见表5)。可以看出，使用ICP-AES法测得的镀锡量与国家标准方法分析结果一致，说明ICP-AES法准确可靠。

表5 各方法实验结果Table 5 Analytical results of Tin contents for each method /(g·m-2)

3 结语

使用ICP-AES法测镀锡钢板中镀锡量。通过测锡量条件的优化、ICP分析条件的优化，建立了ICP-AES法测定镀锡钢板中锡量的检测程序。用标准加入法消除基体影响，从对实际样品的检测结果来看，用ICP-AES法得到的准确度较高，同现有国家标准方法比对结果基本一致。本方法准确、可靠，可分析镀锡钢板中镀锡量。

[1] 中国国家标准化管理委员会.GB/T 2520—2008冷轧电镀锡钢板及钢带[S].北京:中国标准出版社,2008.

[2] 中国国家标准化管理委员会.GB/T 1839—2008钢产品镀锌层质量试验方法[S].北京:中国标准出版社,2008.

[3] 金献忠,谢健梅,陈建国.激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法测定金属镀锡层的厚度[J].岩矿测试(RockandMineralAnalysis),2015,34(3):286-291.

[4] 徐永林.镀锡板镀层的辉光放电光谱法解析[J].冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2015,35(3):7-12.

[5] 林学武,王德智,徐永宏.非测量层SnKα特征谱线对X射线荧光光谱法测定冷轧镀锡板Sn层质量影响的探讨[J].冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2010,30(3):18-22.

[6] 阮桂色.电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)技术的应用进展[J].中国无机分析化学(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2011,1(4):15-18.

[7] 许红斌.ICP-AES技术在冶金分析中的应用[J].广东科技(GuangdongScience&Technology),2012(9):204-205.

[8] 肖立青.电感耦合等离子体发射光谱法测定地质样品中的钨、钼、锡[J].中国无机分析化学(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

陆筱彬，女，工程师，主要从事金属材料化学分析研究。

*通信作者：冯秀梅，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