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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

  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

元素
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*

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(%)

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    
0.075 0.068      
 

Sb

0.12 0.13 0.13 0.13 8.32
0.13 0.15 0.12    
0.15 0.13 0.12    
0.14 0.14      
  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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