鋼鐵中錳含量測定方法的研究

王艷娟

(山西博奧建筑科研檢測有限公司，山西太原 030025)

錳在鋼鐵中是一種有益成分，是金屬中重要的金屬元素之一。它在鋼中通常以固溶體及化合態形式存在，錳的化合物易溶于硫酸、稀硝酸，形成二價錳離子，在錳的化合物中，二價錳離子最穩定，這種離子在酸性條件下可能被氧化成七價錳，即高錳酸。用還原劑標準溶液滴定或根據高錳酸根顏色的深度與寒冷成正比來用分光光度法都可測定錳含量。錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，能降低由于鋼鐵中的硫所引起的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能，可提高鋼的可鍛性，增加錳的含量，可提高鋼的強度和硬度。低合金鋼中錳的含量為0.8% ～1.5%。

目前，低合金鋼中錳的測定方法有:高碘酸鈉(鉀)分光光度法;硝酸銨氧化容量法;亞砷鈉—亞硝酸滴定法;火焰原子吸收光譜法和儀器法等。本文采用高碘酸鈉(鉀)分光光度法，高碘酸鈉(鉀)分光光度法是試樣溶解后，在硫酸、磷酸介質中，用高碘酸鈉(鉀)將錳氧化至七價(紫紅色)化合物，測定其吸光度。

1 實驗部分

1.1 原理

試樣經溶解后，在硫酸、磷酸介質中，用高碘酸鈉(鉀)將錳氧化至七價，測量其吸光度。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 儀器

72-2型可見光分光光度計;

錐形瓶:150 ml;容量瓶:100 mL。

1.2.2 試劑

硝酸:1+4;磷酸—高氯酸混合酸:3份磷酸(ρ1.69 g/mL)和1 份高氯酸(ρ1.67 g/mL)混勻;

高碘酸鉀溶液(5%):稱取5 g高碘酸鉀，置于250 mL燒杯中，加60 mL 水、20 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)，溫熱溶解后，冷卻。用水稀釋至100 mL，混勻;

亞硝酸鈉溶液:1%;

錳標準溶液:500 g/mL。

1.3 錳標準系列

取150 mL錐形瓶5個，用錳標準溶液按表1配置標準系列，測定其吸光度。以錳量為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制錳標準曲線。

表1 錳標準系列

各管中，加入10 mL磷酸—高氯酸混合酸，加熱蒸發至冒高氯酸煙，稍冷，加10 mL硫酸(1+1)，用水稀釋至約40 mL，加10 mL高碘酸鉀，加熱至沸并保持2 min～3 min(防止試液濺出)，冷卻至室溫，移入100 mL容量瓶，用水稀釋至刻度，混勻。將部分顯色液移入1 cm比色皿中，向剩余的顯色液中邊搖動邊滴加亞硝酸鈉溶液，至紫紅色剛好退去，將此溶液移入另一個1 cm的比色皿中為參比，在可見光分光光度計波長為530 nm處測量其吸光度。用最小二乘法計算回歸曲線，用回歸曲線計算錳含量。

1.4 試料分解和試液制備

將試料置于150 mL錐形瓶中，加15 mL硝酸，低溫加熱溶解。加10 mL磷酸—高氯酸混合酸，加熱蒸發至冒高氯酸煙，稍冷，加10 mL硫酸，用水稀釋至約40 mL。

加10 mL高碘酸鉀溶液，加熱至沸并保持23 min，冷卻至室溫，移入100 mL容量瓶中，用不含還原物質水稀釋至刻度，混勻。

將溶液移入1 cm比色皿中，在可見光分光光度計波長為530 nm處測量其吸光度。

2 基礎實驗

2.1 空白值的測定和最低檢出限的測定

空白實驗值的大小及其分散程度，對分析結果的精密度和分析方法的檢出限都有很大的影響，而且在很大程度上，較全面的反映了一個環境檢測室及其分析人員的水平。

鋼鐵及合金中錳的測定，空白實驗值為0.000，不適合用《全球環境檢測系統水監測操作指南》中規定:L=4.6σwb，L=2tfswb和國際純粹和應用化學聯合會對檢出限作的規定:L=k'sb/k公式計算最低檢出限。用分光光度法中以扣除空白值后的吸光度為0.010相對應的濃度值為最低檢出限:

L=(0.010-0.003)/0.000 373=18.8 μg/100 mL。我們確定的最低檢出限為18.8 μg/100 mL。

2.2 精密度

分析方法的精密度是用該方法對某種試樣進行反復多次測定而得到數據之間的重復程度，它是衡量分析結果好壞的一個相關尺度。我們用高碘酸鈉(鉀)光度法測定鋼鐵樣品待測液，我們用的標鋼:國家標準物冶金工業部鋼鐵研究總院2010年YSBC 11137-95低合金鋼筋鋼(20 MnSi)錳標準值1.32% ±0.06%，平行測定8個，測定結果見表2。

極差 =最大值 -最小值 =1.334%-1.317%=0.017%。

精密度較好。

表2 精密度檢驗

2.3 準確度

準確度是反映此方法存在的系統誤差和隨機誤差兩者的綜合指標，它決定著該分析結果的可靠性，準確度用絕對誤差或相對誤差表示。

準確度的評價方法可以用測量標準物質或以標準物質做回收率測定的辦法來評價分析方法和測量系統的準確度。

我們用測量標準物質的辦法來評價分析方法和測量系統的準確度。我們用的標鋼:國家標準物冶金工業部鋼鐵研究總院2010年YSBC 11137-95低合金鋼筋鋼(20 MnSi)錳標準值1.32% ±0.06%，做兩個樣品。樣品測定見表3。

表3 樣品測定

絕對誤差=測量值-真值=1.333%-1.320%=0.013%。

相對誤差 =(1.333%-1.320%)/1.320% ×100%=1.0%。

測定值均在標準樣品保證值范圍內。

3 結語

經過實驗，本法具有操作簡便、靈敏度高、精密度好、準確度高、成本低等優點，適合低合金鋼中錳含量的測定。實驗結果:錳標準曲線的相關性好，相關系數 r=0.999 7，最低檢出限為18.8 μg/100 mL。錳含量為 1.32%時，標準偏差為 0.006%，相對標準偏差為1.6%，極差為0.5%，國家標準物冶金工業部鋼鐵研究總院2010年YSBC 11137-95低合金鋼筋鋼(20 MnSi)錳標準值1.32% ±0.06%，測定平均值為 1.333%，絕對誤差為 0.013%，相對誤差為1.0%，測定值均在標準樣品保證值范圍內。

［1］中國環境監測總站.環境水質監測質量保證手冊［M］.第2版.北京:北京化學工業出版社，1994.

［2］JJF 1059.1-2012，測量不確定度評定與表示［S］.