火焰原子吸收光譜法測定鑄鋁合金中的銅

劉博濤 王東升 于 洋

(齊齊哈爾北方機器有限責(zé)任公司計量理化中心，黑龍江齊齊哈爾 161000)

近年來，鋁合金在工業(yè)上的應(yīng)用較為廣泛，銅含量對其性能有重要的影響。銅含量的測定方法有傳統(tǒng)的碘化鉀-硫代硫酸鈉滴定法、EDTA滴定法[1]，這些方法需要掩蔽共存元素的干擾，不但操作繁瑣，而且準(zhǔn)確度不高。筆者采用火焰原子吸收光譜法測定鑄鋁合金中的銅，結(jié)果表明，方法具有較高的靈敏度和較低的檢測線，且重現(xiàn)性好，易于操作。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及試劑

原子吸收分光光度計：WYX-2001型，沈陽儀通分析儀器有限公司；

銅空心陰極燈；

鹽酸：ρ=1.19 g/mL；

硝酸：ρ=1.42 g/mL；

銅標(biāo)準(zhǔn)貯存液：1.0 mg/mL；

鋁溶液：20 mg/mL；

銅標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.1 mg/mL。

1.2 實驗方法

稱取試樣0.050 00 g于100 mL燒杯中，加入5～8 mL水，分次加入總量10 mL鹽酸，待劇烈反應(yīng)停止后，緩慢加熱至試樣溶解，滴加硝酸1 mL，使其溶解。冷卻后，將試液移入100 mL容量瓶中，以水稀釋至刻度，混勻。從中移取10 mL此試液置于100 mL容量瓶中，以水稀釋至刻度，混勻。噴入空氣-乙炔火焰，測定銅的吸光度。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別吸取銅標(biāo)準(zhǔn)溶液2.00、4.00、6.00、8.00、10.00、12.00 mL置于6個100 mL容量瓶中，加入2.0 mL鋁溶液，以水稀釋至刻度，混勻。

用原子吸收分光光度計在最佳工作條件下測定吸光度見表1。

表1 工作曲線濃度與吸光度關(guān)系

從表1和圖1結(jié)果來看，銅量在0～12 μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系很好。以銅濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,y=0.510 6x+0.049,相關(guān)系數(shù)r2=0.999 8。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作條件的選擇

在火焰原子吸收光譜分析中，除儀器因素外，分析方法的靈敏度、準(zhǔn)確度，干擾情況和分析過程是否簡便快速在很大程度上取決于實驗條件，因此必須選擇儀器的最佳工作條件。

實驗對燃燒器高度、燃氣和助燃氣的流量比、燈電流、光譜通帶寬度及工作波長、負高壓進行了選擇。初步固定的測量條件：波長324.7 nm，燈電流3 mA，光譜通帶寬度0.2 nm，助燃氣流量0.40 m3/h,燃氣流量0.10 m3/h,負高壓250 V。

2.1.1 燈電流

空心陰極燈的發(fā)射特性依賴于燈電流，因此在原子吸收分析中，為了得到較高的靈敏度和精密度要選擇適當(dāng)?shù)臒綦娏鳌Ｔ囼炌ㄟ^改變燈電流，測定了不同的燈電流下銅標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度，結(jié)果見圖1。

圖1 吸光度與燈電流的關(guān)系

就測定的靈敏度而言，燈電流宜小些。燈電流小，譜線的多譜勒變寬和自吸效應(yīng)減小，發(fā)射線的半寬度變窄，靈敏度增高；但是燈電流太小，放電不穩(wěn)定，光譜輸出穩(wěn)定性差。為了提高精密度，選擇燈電流為2 mA。

2.1.2 燃氣流量

將助燃氣的流量固定在0.40 m3/h，通過改變?nèi)細獾牧髁慷淖內(nèi)贾龋瑴y量銅標(biāo)準(zhǔn)溶液在不同燃氣流量時的吸光度，測定結(jié)果見圖2。

由圖2可知，選擇的燃氣流量為0.12 m3/h。

2.1.3 助燃氣流量

在初步固定的測量條件下，通過改變助燃氣的流量而改變助燃比，測得銅標(biāo)準(zhǔn)溶液在不同助燃氣流量時的吸光值,見圖3。試驗表明，選擇助燃氣流量為0.4 m3/h。

圖3 助燃氣流量與吸光度的關(guān)系

2.1.4 燃燒器高度

在火焰中進行原子化的過程是一個極為復(fù)雜的反應(yīng)過程。在火焰的不同高度，基態(tài)原子的密度是不同的，因此靈敏度也不同。在燃燒器窄縫上方2～5 mm處，火焰中具有最大的基態(tài)原子密度，靈敏度最高。因此選擇燃燒器的高度實現(xiàn)空心陰極燈的輻射，從自由原子濃度最大的火焰區(qū)域通過，以獲得最理想的靈敏度。

燃燒器高度與吸光度關(guān)系見表1。在初步固定的條件下，噴入30 μg/mL銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后改變?nèi)紵鞲叨葋頊y定相應(yīng)的銅吸光度，結(jié)果見表2。由表2可知，燃燒器的高度應(yīng)選擇10 mm，此時銅的吸光度最大，即光束在還原焰中通過。

表1 燃燒器高度與吸光度關(guān)系

表2 燃燒器高度的選擇

2.1.5 光譜通帶寬度

光譜通帶寬度以能否將吸收線與臨近線分開為原則，即在選定的光譜通帶寬度下，只有吸收線通過單色器的出射到達檢測器。選擇光譜通帶寬度，既要考慮分辨率，又要考慮到光強度。通帶寬，光強度大，信噪比高，靈敏度較低，標(biāo)準(zhǔn)曲線容易彎曲；通帶窄，光強度弱，信噪比低，靈敏度較高，因此要使曲線的線性好應(yīng)選擇窄帶寬度，實驗選擇光譜通帶的寬度為0.2 nm。

2.1.6 工作波長的選擇

元素的吸收線波長與實際測量波長通常會有誤差，實驗前要先準(zhǔn)確調(diào)節(jié)波長。點燃光源燈，待發(fā)射強度穩(wěn)定后，在選定的銅吸收線波長(324.7nm)附近反復(fù)微調(diào)，直至發(fā)射強度最大。

2.1.7 儀器最佳工作條件的確定

通過系列試驗選擇了儀器最佳工作條件，見表3。

表3 儀器工作條件的選擇

2.2 酸度對測定結(jié)果的影響

在銅標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中，加入不同量的鹽酸溶液(1+1)，按1.2實驗方法測定銅的吸光度。增大標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的酸度對測定結(jié)果的影響見表4。

由表4數(shù)據(jù)可知，鹽酸的加入量在12 mL以下時，測量銅可得到穩(wěn)定的吸光度；而鹽酸加入量大于12 mL時，吸光度降低。由此實驗選擇鹽酸作介質(zhì)時加入量控制在12 mL以下。

表4 鹽酸加入量對吸光度的影響

2.3 標(biāo)準(zhǔn)樣品試驗

為驗證此方法的準(zhǔn)確度和精密度，特選取5個標(biāo)準(zhǔn)樣品按此方法進行測試，并進行加標(biāo)回收試驗，結(jié)果見表5。

3 結(jié)語

通過條件篩選試驗，優(yōu)化測試條件后，利用本方法對鋁合金中的銅進行了測定，結(jié)果表明，方法具有結(jié)果準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好、方法可靠、操作簡便的優(yōu)點，該法完全適用于生產(chǎn)中對銅的檢測。

表5 標(biāo)準(zhǔn)樣品中Cu含量測定結(jié)果(n=5)

[1]上海材料研究所.有色金屬及合金的分析方法[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982.

[2]鞍鋼鋼鐵研究所，沈陽鋼鐵研究所.實用冶金分析[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1990.

[3]劉珍.化驗員讀本[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

[4]華東工學(xué)院，成都科學(xué)技術(shù)大學(xué).分析化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2001.