| 火焰原子吸收法测定镀锌管镀锌层中锑和镉 |
| 孙莹 刘广新 罗川 |
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为了增加钢铁管的防腐性能,一般是将钢管的内外壁镀上锌层加以保护。进口镀锌管的检验项目中规定,镀锌层内伴生元素(如锑、镉等)各有其最高限量。以前对镀锌层重量加以分析(g/m2)〔1〕,这只能在表观上检验镀锌层的厚度是否达到要求,而对镀锌层内的杂质元素的分析却一无所知,因此有必要加以探讨和研究。本文主要对样品的溶解时间、杂质元素的分布、基体干扰等进行了研究,总结出了镀锌层中锑和镉的定量分析方法。对含量为0.13%的锑和0.06%的镉,测量其相对标准偏差分别为8.32%和7.84%。
1 实验部分
1.1试剂和仪器及工作条件
盐酸(优级纯):1+1;硝酸(优级纯):浓;
锑标液:称纯金属锑(含量99.9%以上)0.1g,加20mL王水,加热溶解后,转移到1000mL容量瓶中,以盐酸(1+1)稀至刻度,摇匀。此溶液浓度为100mg/L;
镉标液:称纯金属镉(含量99.9%以上)0.1g,加30mL盐酸(1+1)加热溶解,转移至1000mL容量瓶中,用水稀至刻度,摇匀。此溶液浓度为100mg/L。
Perkin-Elmer3030-B原子吸收光谱仪;锑和镉空心阴极灯。
测定条件:参照国家标准有关规定〔2〕,选择工作条件见表1。
表1 仪器测定参数
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| 元素 |
镉 |
锑 |
| 波长(nm) |
228.8 |
217.6 |
| 灯电流(mA) |
12 |
13 |
| 狭缝(mm) |
0.7 |
0.2 |
| 火焰状态 |
贫焰 |
贫焰 |
1.2实验方法
移取含100?g镉和200?g锑标液于25mL容量瓶中,加入132mg锌及相应的铁,加4mL硝酸稀至刻度,按表1测定条件于3030-B原子吸收光谱仪上测定。
1.3检量线的绘制
称取一定量的高纯锌三份于100mL两用瓶中,加盐酸(1+1)溶解后,蒸至近干,稍冷加4mL硝酸及少量水,加入定量铁(其锌和铁的量与镀锌层重P及含铁量W1大致相同)。然后分别加入镉标液0.0,2.0,4.0,6.0mL;锑标液0.0,4.0,8.0,16.0mL。稀至刻度,摇匀。按表1所列测定条件进行测定,绘制检量线。
2结果与讨论
2.1样品溶解时间及锑、镉在样品中的分布
在溶样过程中,当反应到大气泡停止后,取出块状样品发现,在基体表面附有一薄层黑色物质,我们怀疑是否在基体和镀锌层之间有夹层,经过金相和表面逐层分析,没有发现夹层。进一步将黑色物质进行定性分析,发现除含有基体铁和镀锌层中锌外,还有镉、锑、铝、铜、银等,同时还对基体做了定量分析,其锑和镉的含量均<0.01%,对测定结果并无影响。因此,在测定杂质时,必须将黑色物质全部刷洗到溶液中,才能测得可靠结果,否则结果偏低。对同一镀锌管上截取不同部位的个别块样,尽管在溶解过程中反应到大气泡停止(约100s)后,黑色层仍不能全部刷洗掉,需继续溶解20~30s方可把黑色物质全部刷洗到溶液中,所以确定样品溶解时间为120s。这也说明了不同部位上的样品,其镀锌层的厚度是不同的,而且锑和镉在镀锌层内分布较深,即靠近基体部位。
2.2基体铁的干扰
在溶解试样时,由于镀锌层厚度不同,即使在相同的溶解时间里,被溶解下来的铁量也不尽相同,一般在10~30mg之间,为了探讨铁对锑和镉的干扰情况,进行了如下试验:在六个25mL容量瓶中,分别加入132mg锌、0.1mg镉、0.2mg锑,加入不同量的铁,在与试样处理相同的条件下测定,结果见表2。
表2 铁的干扰*
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| 加入量 |
测得值(mg) |
| Fe |
Cd |
Sb |
| 0 |
0.1 |
0.195 |
| 3 |
0.097 |
0.193 |
| 6 |
0.095 |
0.154 |
| 9 |
0.098 |
0.184 |
| 12 |
0.096 |
0.204 |
| 15 |
0.096 |
0.186 |
| * 加入0.1mgCd,0.2mgSb。
从试验结果看出,在100mL溶液中,当镀锌层量为0.5g时,铁量小于60mg时,对?g数量级的镉和锑的测定影响不大。
3试样分析
3.1溶样
镀锌管试样用丙酮冲刷干净,吹干,称重(A),再放入预先加入50mL盐酸(1+1)的400mL烧杯中,待发生的氢气减少后(约2min),取出试样,用毛刷和蒸馏水刷洗样品表面,使黑色物质全部刷洗到溶液中,洗净后再把样品块放入乙醇中洗,然后取出吹干,称重(B),则溶下的样品重为W=A-B。将烧杯置于电热板上加热,加入3mL硝酸,蒸至近干,取下,稍冷,加入4mL硝酸及少量水溶解盐类。将溶液转入100mL容量瓶中,冷却后用水稀至刻度,摇匀。首先粗测样品中铁的总重量(W1),则溶解下来的镀锌层量为(P=W-W1),而余下溶液按实验方法进行锑和镉的分析。
3.2结果与精度
对Cd,Sb测定11次的分析结果和精度如表3所示:
表3 分析结果及精度(%)
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| 元素 |
测得值 |
平均值 |
RSD |
| Cd |
0.060 |
0.068 |
0.073 |
0.067 |
7.84 |
| 0.069 |
0.073 |
0.062 |
|
|
| 0.068 |
0.061 |
0.062 |
|
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| 0.075 |
0.068 |
|
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Sb
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0.12 |
0.13 |
0.13 |
0.13 |
8.32 |
| 0.13 |
0.15 |
0.12 |
|
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| 0.15 |
0.13 |
0.12 |
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| 0.14 |
0.14 |
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| 本方法测定镀锌管镀锌层中的锑和镉,对实际样品分析的结果令人满意,且方法快速简便,精度较好。同时基体铁对测定锑和镉没有影响,因此绘制工作曲线时可不用铁打底。而试样母液还可用ICP-AES等方法连续测定镀锌管镀锌层中的铅、铜、铋、锡和铝等元素。
作者单位:中国科学院金属研究所,沈阳,110015
参考文献
1 金属覆盖层与热喷涂国家标准汇编,GB9799-88,北京:中国标准出版社,1993:123
2 中华人民共和国国家标准,火焰原子吸收光谱法通则。GB7728-87,北京:中国标准出版社,1991:606
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