甲基百里香酚藍分光光度法測定鋁合金中鋅的含量

金文斌,趙 鑫

(南通職業大學 化學與生物工程學院,南通 226007)

鋁合金是工業、生活中廣泛應用的金屬材料,鋅是鋁合金中的重要微量元素之一,在鋁中加入鋅等金屬元素,會對鋁合金產生明顯的強化作用,因此準確測定鋁合金中鋅的含量具有重要意義。

目前測定鋅的方法主要有原子吸收光譜法[1-3]和分光光度法[4-5],其中分光光度法簡便、快速、靈敏度高,已用于頭發中鋅[6]、食鹽中鋅[7]、鐵觀音茶中鋅[8]、尿中鋅[9]的測定。甲基百里香酚藍作為顯色劑已用于鉛的測定[10],但其作顯色劑測定鋅未見報道。本工作在鄰苯二甲酸氫鉀-氫氧化鈉緩沖溶液中,以阿拉伯樹膠和聚乙烯醇為混合增敏劑,鋅(Ⅱ)與甲基百里香酚藍形成穩定的朱砂紅色配合物,以檸檬酸鈉、酒石酸鉀鈉為混合掩蔽劑,直接用于鋁合金中微量鋅的測定,建立了測定鋁合金中鋅含量的顯色光度法,結果令人滿意。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

UV-1800PC 型紫外-可見分光光度計;PB-10型pH 計。

鋅(Ⅱ)標準儲備溶液:1.000 g·L－1,稱取1.000 g鋅粉(純度99.99%)于燒杯中,加入50%(體積分數)鹽酸溶液30 mL,溶解,用水定容至1 L 容量瓶中。

鋅(Ⅱ)標準溶液:10.00 mg·L－1,移 取10.00 mL鋅(Ⅱ)標準儲備溶液,用水稀釋并定容至1 L。

甲基百里香酚藍乙醇溶液:1 g·L－1。

混合增敏劑:10 g·L－1阿拉伯樹膠溶液和10 g·L－1聚乙烯醇溶液按體積比2∶1混合配制。鄰苯二甲酸氫鉀-氫氧化鈉緩沖溶液:pH 5。

混合掩蔽劑:取酒石酸鉀鈉、檸檬酸鈉各1 g,加水稀釋至1 L。

銅試劑:1 g·L－1。

所用試劑均為分析純;試驗用水為去離子水。

1.2 試驗方法

1.2.1 標準溶液的測定

取一定量的鋅(Ⅱ)標準溶液,依次加入pH 5的鄰苯二甲酸氫鉀-氫氧化鈉緩沖溶液1.5 mL,1 g·L－1甲基百里香酚藍乙醇溶液4 mL,混合增敏劑2 mL,加水稀釋至25 mL 容量瓶中,搖勻,溶液靜置5 min后體系吸光度達最大值且穩定。在波長520 nm 處,用0.5 cm 的比色皿,以試劑空白(不加鋅溶液,按照顯色反應相同條件加入其他試劑和水作為試劑空白)為參比,測定體系的吸光度。

1.2.2 樣品的測定

稱取0.100 g鋁合金樣品于燒杯中,加入5 mL 30%(質量分數)氫氧化鈉溶液,4 滴30%(質量分數)過氧化氫溶液,加熱溶解,加1 mL 50%(體積分數)硝酸溶液,加熱至近干,加水5.0 mL 溶解,定容至50 mL容量瓶中。移取適量試液于25 mL 容量瓶中,加入混合掩蔽劑1 mL,1 g·L－1的銅試劑1 mL,后續按1.2.1節測定。

2 結果與討論

2.1 檢測波長的選擇

試劑空白和配合物的吸收光譜如圖1所示。

由圖1 可知,試劑空白的最大吸收峰位于440 nm 處,鋅(Ⅱ)與甲基百里香酚藍的配合物的最大吸收峰位于520 nm 處,說明配合物與顯色劑之間的顏色差異大,因此試驗選擇520 nm 為檢測波長。

2.2 緩沖溶液及其用量的選擇

試驗考察了分別以乙酸-乙酸鈉、鄰苯二甲酸氫鉀-氫氧化鈉等作為緩沖溶液時對體系吸光度的影響,結果見圖2。

由圖2可知,以pH 4～6的鄰苯二甲酸氫鉀-氫氧化鈉為緩沖溶液時,顯色體系穩定且吸光度較大。

試驗進一步考察了pH 5的鄰苯二甲酸氫鉀-氫氧化鈉緩沖溶液的用量對體系吸光度的影響。結果表明,當pH 5的鄰苯二甲酸氫鉀-氫氧化鈉緩沖溶液用量為1.5～2.5 mL 時,顯色體系吸光度大且相對較穩定。試驗選取pH 5的鄰苯二甲酸氫鉀-氫氧化鈉緩沖溶液的用量為1.5 mL。

2.3 顯色劑用量的選擇

鋅(Ⅱ)與顯色劑甲基百里香酚藍室溫下顯色生成朱砂紅色配合物,試驗考察了顯色劑用量(加入1 g·L－1甲基百里香酚藍乙醇溶液1,2,3,4,5,6 mL)對體系吸光度的影響。結果表明,顯色劑用量為4～5 mL時,配合物的吸光度較大。試驗選取顯色劑1 g·L－1甲基百里香酚藍乙醇溶液的用量為4 mL。

2.4 增敏劑及其用量的選擇

試驗考察了非離子表面活性劑1%(體積分數,下同)曲拉通-100溶液、陽離子表面活性劑10 g·L－1氯代十六烷基吡啶(CPB)溶液和由阿拉伯樹膠與聚乙烯醇組成的混合物作為增敏劑對體系吸光度的影響,結果見圖3。

圖3 增敏劑對體系吸光度的影響Fig.3 Effect of sensitizer on absorbance of system

由圖3可知,混合增敏劑較1%曲拉通-100溶液和10 g·L－1CPB溶液的增敏性好;當混合增敏劑用量在2 mL 時,體系吸光度較大且趨于穩定。因此,選取2 mL混合增敏劑進行試驗。

2.5 干擾試驗

鋁合金中除鋅外,Ti4＋、Fe3＋與顯色劑也發生配合反應,進而干擾鋅的測定。試驗發現:加入混合掩蔽劑可掩蔽Ti4＋、Fe3＋的干擾;加入1.0 mL混合掩蔽劑,測定0.5 mg·L－1鋅(Ⅱ)標準溶液,相對誤差的絕對值不超過5%時,共存離子的允許量(以g·L－1計)為:10 g·L－1的Na＋、K＋、Mg2＋、Ca2＋、NO3－、檸檬酸根、酒石酸根,0.6 g·L－1的Ti4＋、Pb2＋、Ni2＋、Mn2＋、Fe3＋,0.3 g·L－1的Si4＋,0.01 g·L－1的Cu2＋;加 入1 g·L－1的銅試劑1 mL,Cu2＋允許量可增加到原來的10倍以上。

2.6 標準曲線與檢出限

準確稱取鋅(Ⅱ)標準溶液0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5 mL于一組25 mL容量瓶中,配制成質量濃度為0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4 mg·L－1的鋅(Ⅱ)標準溶液系列,按照試驗方法對鋅(Ⅱ)標準溶液系列進行顯色反應,測定吸光度。以鋅(Ⅱ)的質量濃度為橫坐標,對應的吸光度為縱坐標繪制標準曲線。結果表明:鋅(Ⅱ)的質量濃度在1.4 mg·L－1內與其對應的吸光度呈線性關系,線性回歸方程y＝6.500×10－1x＋1.000×10－2,相關系數為0.9990,表觀摩爾吸光系數為7.4×104L·mol－1·cm－1。

對空白溶液平行測定6次,以3倍的標準偏差(s)與標準曲線斜率(k)的比值計算方法的檢出限(3s/k),結果為0.016 mg·L－1。

2.7 精密度和回收試驗

按照試驗方法測定樣品(樣品型號2A14、2A50),每個樣品平行測定6次,計算測定值的相對標準偏差(RSD),并進行加標回收試驗,測定值與國家標準方法GB/T 20975.8－2008《鋁及鋁合金化學分析方法 第8部分:鋅含量的測定》中乙二胺四乙酸(EDTA)滴定法所得測定結果進行比較,結果見表1。

表1 精密度和回收試驗結果(n＝6)Tab.1 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

由表1可知:本方法的測定值與國家標準方法的基本一致;回收率為97.0%～104%,測定值的RSD 均小于4.0%。說明方法準確、可靠。

本工作建立了甲基百里香酚藍分光光度法測定鋁合金中鋅(Ⅱ)含量的方法,從樣品鋅的測定結果可知,本方法測定值與國家標準GB/T 20975.8－2008測定結果基本一致,方法準確度高,能夠用于鋁合金中微量鋅的測定。