基于碘化钾-硫代硫酸钠容量法的铜合金中铜含量的测定

陈祥凤，姜均涛，周明峰

(临沂科技职业学院 智能制造系，山东 临沂 276000)

我国铜材产量和消耗量均居世界首位。铜合金不仅具有良好的导电性、流动性和浸润性，而且具有较好的力学性能、高硬度、高耐磨性和抗熔焊性[1]。随着新型铜合金产品的快速研制，以往某些产品验收标准中不要求分析的主要成分铜，现在也被列入必须检测的范畴，对检测的全面性有了更高的要求[2]，因此，如何快速、准确地测定铜合金中的铜含量具有极其重要的意义[3]。

铜合金中铜的测定方法主要有碘化钾-硫代硫酸钠容量法[4]、分光光度法[5]和ICP-OES法(电感耦合等离子体发射光谱法)。虽然ICP-OES法能够准确、快速地出具检测结果，但是设备昂贵(价格约为50万元以上)，而且设备故障或者停电等因素可能会直接造成停工停产，造成不必要的经济损失；碘化钾-硫代硫酸钠容量法设备简单，投资极少，因此在实验室测定铜合金中铜含量时普遍采用[6]。本文主要从时效性、准确性与重现性等方面讨论碘化钾-硫代硫酸钠容量法与其他2种方法(ICP-OES法和分光光度法)测定铜合金中铜含量的区别。

1 试验材料、设备与方法

1.1 标准样品

本方法选取屑状铜合金国家标准样品[7]，储存于干燥器中。把标准样品进行编号，编号如下：Cu-1、Cu-2、Cu-3、Cu-4。选取的铜合金标准样品明细见表1。

表1 标准样品名称

1.2 化学反应机理

试样经酸溶解，用氨水调节酸度，使氟化氢铵溶液的酸度(pH值)约为3，二价铜与碘化物反应生成碘化亚铜沉淀并析出碘，用硫代硫酸钠标准溶液滴定所析出的碘，即可计算铜的含量[8-10]。

为消除铁和少量砷、锑的干扰，溶液用氨水调节酸度，加氟化氢铵使溶液的酸度保持pH值约为3，滴定近终点时，加入硫氰酸盐，使碘化亚铜沉淀转变为溶解度更小的硫氰酸亚铜，放出吸附的少量碘，使终点明显，结果准确。适用范围为一般铜合金，测定范围为10%～99.5%。

化学反应式如下：

3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O

2Cu2++4I-=2CuI+I2

I2+ 2S2O32-= 2I-+ S4O62-

CuI+SCN-=CuSCN+I-

1.3 试剂

试剂：硝酸(1+1)、盐酸(1+1)、过氧化氢(30%)、氨水(比重0.9)、氟化氢铵(固体)、碘化钾(20%，贮存于棕色瓶中，但时间稍长易析出碘而影响分析结果)、淀粉(1%，当天配制，溶于沸水中)、硫氰酸铵(10%)。

0.161 2 N硫代硫酸钠标准溶液：称取40 g的Na2S2O7·5H2O，加入0.1 g无水碳酸钠，溶于新煮沸并冷却的水中，稀释至1 000 mL混匀，放入棕色瓶中，一天后标定。

0.1 N硫代硫酸钠标准溶液：称取24.82 g的Na2S2O7·5H2O，加入0.1 g无水碳酸钠，溶于新煮沸并冷却的水中，稀释至1 000 mL混匀，放入棕色瓶中，一天后标定。

2 分析方法

称取0.100 0 g试样(精确至0.000 2 g)，将试样置于400 mL聚四氟乙烯烧杯中，加10 mL的HNO3，滴加5 mL的HF，用塑料棒搅拌使试样完全溶解。用15 mL水吹洗杯壁，在搅拌下加KNO3溶液20 mL，继续搅拌0.5 min，放置20 min，置于冷水或冰水中。试液及沉淀用中速定量滤纸于抽气过滤装置上抽气过滤，用KNO3洗液洗涤烧杯和沉淀各3次，每次不超过5 mL，将沉淀连同滤纸移到原烧杯中，加KF保护液15 mL，滴加混合指示剂10滴，用NaOH溶液中和残余酸，边中和边仔细擦洗杯壁并将滤纸捣成糊状，中和至出现鲜明紫色，加沸水200 mL，立即以NaOH标准溶液滴定，在接近终点淡紫色时补加指示剂5滴，继续滴定至出现鲜明紫色即为终点。

3 试验结果与讨论

3.1 铜含量计算

铜含量计算式如下：

式中，VCu是硫代硫酸钠标准溶液滴定消耗的体积，单位为mL；TCu是硫代硫酸钠标准溶液对铜的滴定度，单位为g/mL，用相近标样标定；m是称样量，单位为g。

3.2 测定结果

按照上述方法，每一个标准试样分别测试3次，结果见表2。

表2 试验数据与偏差

结果表明：本方法简单可靠，具有较高的准确性与重现性。

3.3 3种分析方法结果比较

选取GSB H59,ZBY9211标准样品(编号Cu-1)分别用碘化钾-硫代硫酸钠容量法、分光光度法测定和ICP-OES这3种方法进行分析，从时效性和准确性2个方面进行对比，结果见表3。

表3 3种分析方法结果比较

由表3可以看出，从分析时间方面比较，碘化钾-硫代硫酸钠容量法分析一次平均时间为23 min，分光光度法为28 min，ICP-OES法为17 min，碘化钾-硫代硫酸钠容量法虽然比ICP-OES法多6 min，但在时效性上没有明显差别；从分析结果准确性方面比较，碘化钾-硫代硫酸钠容量法与ICP-OES法相差不大，但比分光光度法要准确。

4 结语

通过上述研究可以得出如下结论。

1)虽然碘化钾-硫代硫酸钠容量法分析时间上比ICP-OES法要多6 min左右，但是所得结果与ICP-OES法基本一致。

2)碘化钾-硫代硫酸钠容量法从时效性和准确性上都优于分光光度法，说明该方法测定铜合金中铜含量是准确、可靠的。

3)碘化钾-硫代硫酸钠容量法所需仪器设备简单，成本低廉，操作方便，对于资金不是很充足的单位、企业能够很好地解决铜合金中铜含量的测定问题。