電位滴定法測(cè)定彈性合金中的高含量鈷

葉曉英,王志遠(yuǎn)

［中航工業(yè)北京航空材料研究院，中航(試金石)檢測(cè)科技有限公司,北京 100095］

電位滴定法測(cè)定彈性合金中的高含量鈷

葉曉英,王志遠(yuǎn)

［中航工業(yè)北京航空材料研究院，中航(試金石)檢測(cè)科技有限公司,北京 100095］

采用電位滴定法測(cè)定彈性合金中的鈷元素。探討了彈性合金中基體元素鐵，主量元素如鉻、錳、鉬、鎳、鎢等對(duì)鈷元素測(cè)定的干擾情況，確定了合適的樣品處理方法，同時(shí)進(jìn)行了鐵氰化鉀用量及滴定溶液溫度控制等條件試驗(yàn)。測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.19%～0.28%（n=8），回收率為99.9%～100.8%。該方法可以滿足彈性合金中高含量鈷元素的測(cè)定要求。

電位滴定；彈性合金；鈷

彈性合金是一類精密合金，用于制作精密儀器儀表中彈性敏感元件、儲(chǔ)能元件和頻率元件等彈性元件。彈性合金除了具有良好的彈性性能外，還具有無磁性、微塑性變形抗力高、硬度高、電阻率低、彈性模量溫度系數(shù)低和內(nèi)耗小等性能［1］。

電位滴定法以方法準(zhǔn)確、成本低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于化工、輕工、石油、地質(zhì)、冶金、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、海洋探測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域樣品的常量或微量成分的分析檢測(cè)中。彈性合金中高量鈷的分析目前可參考的方法有 HB 5220.25-2008［2］，GB 223.20-94［3］，以上方法的測(cè)定上限為25.0%，30%，不能滿足彈性合金中高含量鈷（約40%）的分析要求。當(dāng)前急需對(duì)高含量鈷的電位滴定技術(shù)進(jìn)行研究改進(jìn)，制定出準(zhǔn)確的分析方法。筆者使用自動(dòng)電位滴定儀和復(fù)合鉑電極，采用一定的滴定模式，進(jìn)行高含量鈷的測(cè)量，取得了滿意的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

全自動(dòng)多功能滴定儀：TitroLine alpha plus型，德國(guó)SI Analytics （Schott）公司；

復(fù)合鉑電極；

10mL 滴定管；

鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液：2.00mg/mL，北京鋼鐵研究院；

氨水：密度0.9 g/mL；

檸檬酸銨溶液：300g/L,精密稱取150g檸檬酸銨,溶于500mL水中；

硫酸銨溶液：250g/L，精密稱取125 g硫酸銨，溶于500mL水中；

硫酸鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.03 mol/L,精密稱取4.53 g硫酸鈷和25 g硫酸銨置于400mL燒杯中，加入300mL水,溶解過濾于500mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻待用；

鐵氰化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.03 mol/L,精密稱取5.5 g鐵氰化鉀,置于400mL燒杯中，加入200mL水溶解，過濾于500mL棕色容量瓶中，以水稀釋至刻度，混勻放置一天后使用；

實(shí)驗(yàn)所用試劑均為優(yōu)級(jí)純；

實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

1.2 樣品處理

稱取0.05～0.15 g樣品（鈷量可以控制在20～50mg），置于150mL燒杯中，加入鹽酸15 mL，硝酸5 mL，低溫加熱，等試樣溶解后取下，冷卻，加入高氯酸10mL，冒煙后滴加鹽酸，揮鉻若干次，直至無黃煙出現(xiàn)。取下稍冷，加入硝酸5 mL、高氯酸5 mL和磷酸5 mL，加熱蒸發(fā)至高氯酸氣泡剛消失，磷酸煙剛出現(xiàn)立即取下。冷卻，加入約50mL二次蒸餾水，加熱溶解鹽類。

1.3 測(cè)定方法

于3只500mL燒杯中各加入50mL檸檬酸溶液、25 mL硫酸銨溶液、90mL氨水,以水稀釋至約350mL。冷卻至25℃以下，準(zhǔn)確加入一定量的鐵氰化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，在不斷攪拌下，將試樣溶液沿杯壁傾入此500mL燒杯中，以復(fù)合鉑電極為參比、指示電極，邊攪拌邊用硫酸鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定鐵氰化鉀溶液，到終點(diǎn)時(shí)電位滴定儀自動(dòng)顯示所消耗硫酸鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。

2 結(jié)果與討論

2.1 基體及干擾元素試驗(yàn)

在數(shù)只150mL的玻璃燒杯中分別加入含Co 50.00mg的硫酸鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液,同時(shí)在不同燒杯中加入鎢5.0mg；硅1.0mg；鈦0.5 mg；鈮0.5 mg；鉬7.5 mg；銅0.5 mg；鋁0.5 mg；鉻20mg；鎳40mg；錳1.0，2.0，4.0mg；鐵 30.0，80.0mg；釩 5.0，10.0，15.0mg；以及分別含錳2 mg，鎳20mg，鐵20mg及鉻20mg的混合溶液進(jìn)行試驗(yàn)，確定干擾元素。實(shí)驗(yàn)中配制共12種元素、18種干擾溶液進(jìn)行試驗(yàn)，干擾試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表 1可知，鎢 5.0mg，硅 1.0mg，鈦 0.5 mg，鈮 0.5 mg，鉬 7.5 mg，銅 0.5 mg，鋁 0.5 mg，鎳 40mg，錳 4.0mg，鐵 80.0mg，釩 15.0mg對(duì) 50mg鈷的測(cè)定基本無干擾。鉻20mg對(duì)鈷的測(cè)定結(jié)果影響較大，應(yīng)該予以消除。

2.2 溶液制備方法

樣品溶液的制備應(yīng)能最大限度地消除鉻元素的干擾。相關(guān)報(bào)道［4］認(rèn)為：在鋼鐵試樣中，錳、鉻、釩、鐵等是主要的多變價(jià)態(tài)元素，可先將其氧化至高價(jià)，以消除干擾。鉻元素為3價(jià)時(shí)干擾測(cè)定，而6價(jià)鉻不發(fā)生干擾。試驗(yàn)中采用高氯酸、磷酸冒煙，此時(shí)鉻為6價(jià)，應(yīng)不干擾測(cè)定。但實(shí)際情況與理論結(jié)果不符合，必須用其它方法消除干擾。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，消除鉻簡(jiǎn)單易行的方法為揮鉻，即在冒高氯酸時(shí)加入鹽酸使鉻元素?fù)]發(fā)掉，從而徹底消除鉻的干擾。實(shí)驗(yàn)表明此法可行，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

表1 干擾試驗(yàn)結(jié)果（Co加入量為50.00mg）

揮鉻具體的操作方法：試樣中首先加入鹽酸、硝酸進(jìn)行低溫溶解，溶解完全后加入10m L高氯酸，待高氯酸冒大煙，此時(shí)鉻在溶液中呈橘紅色，滴加鹽酸進(jìn)行揮鉻。當(dāng)溶液中不再出現(xiàn)橘紅色且無黃色煙冒出時(shí)即可認(rèn)為鉻基本消除。稍冷，加入5 m L硝酸、5 m L磷酸、5 m L高氯酸，繼續(xù)加熱蒸發(fā)冒高氯酸煙至液面平靜，磷酸煙從液面剛出現(xiàn)。此時(shí)溶液中錳、釩和鐵氧化成高價(jià)，不干擾鈷的測(cè)定。揮鉻前后測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 揮鉻前、后測(cè)定結(jié)果 %

由表2中數(shù)據(jù)可以看出，揮鉻前絕大部分測(cè)定數(shù)據(jù)偏高，且數(shù)據(jù)波動(dòng)很大，表明干擾元素的影響無規(guī)律；采取揮鉻措施后測(cè)定結(jié)果接近標(biāo)準(zhǔn)值，干擾元素的影響消除。

2.3 溶液滴定酸度

進(jìn)行了氨水、檸檬酸銨溶液、硫酸銨的用量試驗(yàn)。結(jié)果表明，氨水用量70～100m L、檸檬酸銨溶液用量20～70m L、硫酸銨溶液用量10～40m L對(duì)鈷的測(cè)量影響不大，分析結(jié)果穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)選擇氨水90m L、檸檬酸銨溶液50m L、硫酸銨溶液25 m L。

2.4 溶液加入順序

鐵氰化鉀溶液、試樣溶液的加入順序?qū)y(cè)定結(jié)果有一定影響。改變鐵氰化鉀溶液及試樣溶液加入順序，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，測(cè)定結(jié)果列于表3。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，后加鐵氰化鉀溶液時(shí)，滴定過程中溶液逐漸渾濁，測(cè)定結(jié)果偏低。實(shí)驗(yàn)選擇在加入試樣溶液前加入鐵氰化鉀溶液，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定。

表3 溶液加入順序的影響

2.5 稱樣量試驗(yàn)

將試樣用量由文獻(xiàn)［2］的0.1000g改為稱取0.0500g及0.2500g，其余均按1.2樣品處理方法進(jìn)行，測(cè)定結(jié)果見表4。

表4 不同稱樣量測(cè)定結(jié)果

由表4可知，不同稱樣量對(duì)分析結(jié)果沒有影響，修改后的分析方法可行，分析結(jié)果準(zhǔn)確。

2.6 方法精密度及加標(biāo)回收試驗(yàn)

按照1.2樣品處理方法對(duì)彈性合金、鈷基合金L 605等進(jìn)行精密度及加標(biāo)回收試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5可知，本試驗(yàn)方法對(duì)幾種不同牌號(hào)彈性合金中高含量鈷的測(cè)定，精密度、準(zhǔn)確度良好。

表5 精密度及回收試驗(yàn)結(jié)果 %

3 結(jié)語(yǔ)

采用電位滴定法測(cè)定彈性合金中高含量的鈷元素，測(cè)量結(jié)果精密度、準(zhǔn)確度較高，測(cè)定上限可達(dá)到50%左右。將樣品溶液揮鉻處理, 可消除鉻元素的干擾。

［1］陳復(fù)民, 李國(guó)俊,蘇德達(dá).彈性合金［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1986.

［2］HB 5220.25–2008 高溫合金化學(xué)分析方法 第25部分:鐵氰化鉀電位滴定法測(cè)定鈷含量［S］.

［3］GB 223.20–94 鋼鐵及合金化學(xué)分析方法 電位滴定法測(cè)定鈷量［S］.

［4］李啟華，余錦，劉菊英.實(shí)用金屬材料化學(xué)檢測(cè)技術(shù)問答［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007: 122.

Determ ination of High Content Cobalt in Elastic A lloy by Potentiometric Titration M ethod

Ye Xiaoying，Wang Zhiyuan
（AVIC Beijing Insititute of Aeronautical Materials, AVIC Testing Innovation Cooperation, Beijing 100095, China）

Cobalt in elastic alloy was determined by the potentiometric titration method. The interference on the determination of the elastic alloy matrix elements of iron, the main elements such as chromium, manganese, molybdenum,nickel and tungsten was discussed. The proper pretreatment method of the sample was established. The test was made to set potassium ferricyanide titration solution dosage and temperature control of experimental conditions. The relative standard deviation was 0.19%-0.28%(n=8), the recoveries were 99.9%-100.8%. The method can meet the determination requirement of high content cobalt in elastic alloy.

potentiometric titration; elastic alloy; cobalt

O657.7

A

1008–6145(2012)02–0060–03

10.3969/j.issn.1008–6145.2012.02.018

聯(lián)系人：葉曉英； E-mail: xiaoyingye1990@sohu.com

2011–11–23