火焰原子吸收光谱法测定锌合金中镁

张亮亮，吴锐红，张方

（中航金属材料理化检测科技有限公司，西安 710018）

锌合金在有色金属中的应用仅次于铜和铝，广泛应用于汽车、家用电器、轻工、机械和电池等领 域［1］。锌合金中掺入微量镁可细化组织，减少晶间腐蚀和改善合金抗拉强度、硬度和延伸率等［2-5］。然而当镁的掺入量较大时，合金韧性下降，流动性变差，且熔融状态下易产生氧化损耗［5］。因此建立准确测定锌合金中镁的方法具有重要意义。目前测定合金中镁的方法主要有电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法［6-9］和火焰原子吸收光谱（FAAS）法［10-12］等。FAAS 法具有分析速度快、选择性高、操作简单和检测成本低等优势。采用FAAS 法测定锌合金中的镁虽已有现行标准［13］和相关文献报道［14］，但方法的测试范围相对较窄，无法实现镁含量低于0.020 mg／L 样品的测定。笔者通过对溶样酸、共存元素干扰、干扰消除剂类型及其用量的研究，将锌合金中镁的测定下限降至0.010 mg／L，拓宽了锌合金中镁的测试范围，确定了测定锌合金中镁时干扰消除剂类型及用量。与ICP-AES 法相比，该方法准确度高，精密度好，满足日常检测要求。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

火焰原子吸收光谱仪：PinAAcle 900T 型，美国铂金埃尔默公司。

镁空心阴极灯：N305-0144 型，美国铂金埃尔默公司。

超 静 音 空 压 机：C120／24 型，美 国Werther International，Inc.。

优普系列超纯水器：UPHW-I-90T 型，成都超纯科技有限公司。

微控数显电热板：EG37A plus 型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

电子天平：ESJ120-4 型，感量为0.1 mg，沈阳龙腾电子有限公司。

盐酸：优级纯，四川西陇科学有限公司。

硝酸：优级纯，四川西陇化工有限公司。

30%过氧化氢：优级纯，西陇化工股份有限公司。

柠檬酸：优级纯，国药集团化学试剂有限公司。

酒石酸、LaCl3、SrCl2、8-羟基喹啉：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

偏硼酸锂：化学纯，国药集团化学试剂有限公司。

抗坏血酸：优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。

乙二醇：分析纯，天津市津东天正精细化学试剂厂。

乙二胺四乙酸（EDTA）：分析纯，天津市致远化学试剂有限公司。

金属单元素标准溶液：具体信息见表1，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

表1 金属单元素标准溶液具体信息

锌合金标准样品：具体信息见表2，阿根廷MBH Analytical Ltd 公司。

实验用水为自制超纯水。

1.2 溶液配制

在室温条件下，分别将柠檬酸、抗坏血酸、酒石酸、LaCl3、SrCl2、EDTA、偏硼酸锂试剂用超纯水溶解配制成实验用溶液，各溶液的质量浓度分别为柠檬酸溶液：100 g／L；抗坏血酸溶液：100 g／L；酒石酸溶液：100 g／L；LaCl3溶液：100 g／L；SrCl2溶液：100 g／L；EDTA 溶液：100 g／L；偏硼酸锂溶液：50 g／L。

表2 锌合金标准样品具体信息

8-羟基喹啉溶液：20 g／L，称取2 g 固体8-羟基喹啉试剂于锥形瓶中，用5 mL 浓盐酸完全溶解，溶液转移至100 mL 容量瓶中，用超纯水定容至标线，摇匀。

锌基系列标准溶液：称取0.100 g （精确至0.000 1 g） 锌合金标准样品Z48、Z49 和Z50 各两份，用10 mL 盐酸溶液（1+1）溶解，加入约40 mL 超纯水。将其中一份Z48、Z49、Z50 溶液分别加入5 mL LaCl3溶液，然后用超纯水分别定容于3 只100 mL容量瓶中。向另一份Z48、Z49、Z50 溶液中依次加入5、8、10 mL 质量浓度为10 mg／L 的镁标准溶液，然后分别加入5 mL LaCl3溶液，将混合溶液分别转移至3 只100 mL 容量瓶中，用超纯水定容至标线，摇匀，待测。

1.3 仪器工作条件

分析线：285.21 nm；狭缝宽度：0.7 nm；乙炔流量：2.50 L／min；空气流量：10.00 L／min；重复测试次数：3 次。

1.4 实验方法

称取0.100 g（精确至0.000 1 g）样品，置于100 mL 锥形瓶中，加入10 mL 盐酸溶液（1+1），于室温下溶解，待样品剧烈反应停止后，将锥形瓶置于100～120℃低温电炉上继续加热，直至样品溶解完全（若溶样不彻底，可滴加2～4 滴30%过氧化氢），室温冷却后沿瓶壁加入约40 mL 超纯水，然后向锥形瓶中加入5 mL LaCl3溶液，将混合溶液缓慢转移至100 mL 容量瓶中，用超纯水定容至标线，摇匀、待测。

同时做试剂空白（同样加入5 mL LaCl3溶液）。测定时依次测定试剂空白、标准样品和待测样品。

2 结果与讨论

2.1 溶样酸选择

溶解锌合金样品通常选用稀盐酸或稀硝酸，为了对比两种酸对干扰消除剂的作用效果和对测定结果的影响，称取20 份锌合金Z50 样品，10 份为一组，共分两组，一组用10 mL 盐酸溶液（1+1）溶解，另一组用10 mL 硝酸溶液（1+1）溶解，溶样结束后，分别加入1.2 中已配制好的不同干扰消除剂溶液，在1.3 仪器工作条件下分别进行测定，结果见表3和表4。

表3 硝酸溶解锌合金样品不同干扰消除剂时的吸光度

表4 盐酸溶解锌合金样品不同干扰消除剂时的吸光度

由 表3 和 表4 可 知，在 硝 酸 介 质 中，SrCl2、LaCl3、柠檬酸、抗坏血酸均显著增加了锌合金中镁的吸光度；而在盐酸介质中，除SrCl2、LaCl3、柠檬酸、抗坏血酸外，8-羟基喹啉也显著增加了锌合金中镁的吸光度。此外，在同一干扰消除剂作用下，经盐酸溶解的样品中镁的吸光度均高于硝酸（酒石酸除外）溶解的样品，且5%盐酸的吸光度（0.006 3）小于5%硝酸的吸光度（0.008 8），因而盐酸的作用效果要优于硝酸，故选用10 mL 盐酸溶液（1+1）溶解样品。盐酸的物理干扰可通过统一加酸量消除。

2.2 干扰判定及消除

2.2.1 干扰判定

为了明确锌合金中共存元素对镁的干扰情况，对锌合金中可能存在的共存元素进行分析。预先准备14 个100 mL 的容量瓶，1#容量瓶中加入超纯水作为校准空白，2#～14#容量瓶中均加入5 mL 质量浓度为10 mg／L 的镁标准溶液，然后向3#～14#容量瓶中依次加入表5 中对应的单元素标准溶液，用超纯水定容至标线，摇匀（表中浓度为定容后共存元素的最终质量浓度），在1.3 仪器工作条件下分别进行测定。将单一元素溶液与镁标准溶液混合后所得的溶液的净吸光度（扣除超纯水的吸光度）与镁标准溶液的净吸光度之比记为干扰因子f，该值表示此共存元素对镁的干扰程度，测定结果见表5。

表5 共存元素干扰试验结果

由表5 可知，在测定锌合金中镁时，锌对镁的影响主要是基体效应，可通过向样品中加入锌基体元素或选用锌合金样品建立标准曲线消除，因而在测定锌合金中镁时，主要考虑如何消除或减小铝和钛对镁的干扰。

2.2.1 干扰消除

（1）铝干扰消除。预先准备8 只100 mL 的容量瓶，1#容量瓶中加入超纯水作为校准空白，2#～8#容量瓶中均加入5 mL 质量浓度为10 mg／L 的镁标准溶液，然后向3#～8#容量瓶中均加入5 mL 质量浓度为1 000 mg／L 的铝标准溶液，最后向4#～8#容量瓶中依次加入表6 中对应序号的干扰消除剂（加入量均为5 mL），以超纯水定容至标线，摇匀，在1.3仪器工作条件下分别进行测定，结果见表6。

表6 铝干扰消除试验结果

由表6 可知，向含铝的分析溶液中加入LaCl3、SrCl2和8-羟基喹啉，均使镁的吸光度显著增加，与镁标准溶液的吸光度相比，LaCl3、SrCl2和8-羟基喹啉均在一定程度上消除了铝对镁的干扰。干扰消除机理是由于向分析溶液中加入LaCl3、SrCl2或8-羟基喹啉后，与铝生成更稳定、晶格能更大的络合物（如SrAl2O4），避免铝与镁在空气-乙炔火焰中生成热稳定化合物MgAl2O4［15-16］，从而保护镁不受干扰。

（2）钛干扰消除。除3#～8#容量瓶中均加入1 mL 质量浓度为1 000 mg／L 的钛标准溶液外，其它步骤与铝干扰消除试验相同，测定结果见表7。

表7 钛干扰消除试验结果

由表7 可知，向含钛的分析溶液中加入LaCl3、柠檬酸和抗坏血酸，均增加了镁的吸光度，基本上消除了钛对镁的干扰。但考虑到大多数锌合金中钛含量较低，且钛对镁的干扰相对较小，通常可忽略钛的干扰。

2.2.3 干扰消除剂用量选择

以10 mL 盐酸溶液（1+1）作为溶解液，制备10份锌合金Z50 样品溶液，分别加入不同量的LaCl3溶液、SrCl2溶液和8-羟基喹啉溶液，在1.3 仪器工作条件下分别进行测定，结果如图1 所示。由图1可知，LaCl3溶液、SrCl2溶液和8-羟基喹啉溶液的最佳用量均为5 mL，且当以LaCl3溶液作为干扰消除剂时，测得锌合金中镁的灵敏度和稳定性更优，因而选用5 mL 质量浓度为100 g／L 的LaCl3溶液作为干扰消除剂。

图1 不同干扰消除剂用量时的吸光度

2.3 线性方程、检出限和测定下限

选取1.2 中锌基系列标准溶液，同时做试剂空白，在1.3 仪器工作条件下分别进行测定，以镁的质量浓度（X）为横坐标，以吸光度（Y）为纵坐标绘制标准工作曲线。结果表明，选用LaCl3溶液为干扰消除剂，镁的质量浓度在0～1.238 mg／L 范围内与与吸光度具有良好的线性关系，线性方程为Y=1.086 4X+0.018 5，相关性系数为0.999 4。

在同一仪器参数条件下，对镁的试剂空白溶液重复测定20 次，记录吸光度，计算其标准偏差s，以3s除以标准曲线斜率k计算检出限，其值为0.003 mg／L，检出限的3.3 倍即为测定下限，其值为0.010 mg／L。

2.4 精密度试验

选择3 组不同的锌合金质控样品，按1.4 方法制备样品溶液，在1.3 仪器工作条件下分别进行测定，结果见表8。由表8 可知，测定结果的相对标准偏差为1.61%～3.45%，表明该方法具有较高的精密度。

表8 精密度试验结果 %

2.5 加标回收试验

选择锌合金标准样品Z48 和Z50，分别用10 mL 盐酸溶液（1+1）溶解，溶液分别转移至两只100 mL 容量瓶中，各加入约40 mL 超纯水，然后向Z48样品溶液中加入1mL 质量浓度为10 mg／L 的镁标准溶液，向Z50 样品溶液中加入2 mL 质量浓度为10 mg／L镁标准溶液，再分别加入5 mL LaCl3溶液，用超纯水定容至标线，摇匀，在1.3 仪器工作条件下分别进行测定，结果见表9。由表9 可知，样品加标回收率为91.3%～94.7%，说明该方法具有较高的准确度。

表9 加标回收试验结果 %

2.6 方法比对试验

按所建方法处理两批锌合金试样，在1.3 仪器工作条件下进行测定，结果见表10。由表10 可知，本方法的测定结果与ICP-AES法的测定结果基本一致，表明本方法准确、可靠。

表10 方法比对试验结果 %

3 结语

建立了火焰原子吸收光谱法测定锌合金中镁含量的方法，分析了溶样酸种类、共存元素干扰、干扰消除剂类型及其用量对测定结果的影响。结果表明，盐酸溶液（1+1）对锌合金样品具有较好的溶解效果；锌、铝、钛对镁均有干扰，其中铝对镁有着更严重的化学干扰，可通过向样品溶液中加入5 mL干扰消除剂（LaCl3溶液）予以消除。该方法准确、可靠，满足锌合金中镁含量的日常检测要求。