電感耦合等離子體發射光譜法測定鋅錠中的鉛、錫、鋁、鎂含量

白小強 周字勇 陳濤 趙綏 李文梅 楊利波

（武昆股份制造管理部）

1 前言

鋅錠作為鍍鋅工藝的重要原料，其雜質含量是影響產品質量的關鍵指標。雜質對鍍鋅層的附著力、提高鍍鋅板的性能起關鍵作用。鉛的存在能使鋅液的熔點降低，延長鋅液的凝固時間，促進鋅花的成長，可以獲得較大的鋅花；當鉛在鋅液中的含量超過1 % 時，會引起鍍層的晶間腐蝕，降低鍍層的耐腐蝕性能，鉛的蒸發將污染環境，危害操作人員的健康。錫作為鋅錠中的雜質元素，含量不應大于0.002 %，當含量大于0.002 % 時，會使鋅液的黏度增加，并使鍍層的黏附性能變壞，影響鍍鋅層的撓性，當錫含量超過0.3 % 時，錫會聚集在鋅的晶粒表面而形成Zn-Sn 共析，增加了鍍層的腐蝕速度，并且在腐蝕后出現坑點，錫的存在降低了鍍層在酸性介質中的耐腐蝕性能。在研究鋅液中加鋁對鍍鋅的影響時發現：即使在鋅液中加入極少量的鋁，例如0.05 %，就可以借助于加鋁后形成的保護性氧化膜而大大減少鋅液表面的氧化，降低表面鋅灰的生成速度和數量，因而降低了因氧化而造成的一部分鋅耗。與此同時，鍍層表面也比不加鋁的鍍層光亮。鍍鋅層中鎂的存在可明顯地提高鍍層的耐腐蝕性能，還可以消除鋅液中鉛對耐蝕性的不良影響，但是當鋅液中的鎂過高時，則對鍍鋅產生不良影響，鎂含量達到0.3 %～0.5 %時，使鍍鋅層表面組織變厚和粗糙，外觀變為乳白色，硬度也增加，從而降低了鍍層的附著性能[1]。

電感耦合等離子體發射光譜法因其激發能力強、穩定性好、干擾小、線性范圍寬、檢出限低，且同時可測定多種元素[2]，適用于鋅錠中雜質元素的測定。

鍍鋅廠也可以用示波極譜法、苯芴酮-溴化十六烷基三甲胺分光光度法和火焰原子吸收光譜法分別測定鋅錠中的鉛、錫、鋁、鎂，但示波極譜法試驗過程需多次加熱[3]；苯芴酮- 溴化十六烷基三甲胺分光光度法要用乙酸乙酯萃取錫的硫氰酸絡合物，使錫與銻分離，用硫酸與硝酸破壞有機相，再用苯芴酮-溴化十六烷基三甲胺分光光度法測定錫量以及EDTA 法測鋁量[4-5]，方法較為繁瑣。原子吸收光譜法檢出限高，檢測范圍窄[6]，不宜進行大批量多元素的檢測分析，不能滿足多元素快速檢驗的要求，很難突出理化數據快速指導生產實際的目的。電感耦合等離子體發射光譜法原子化完全，能最佳化進行分析[7]，該方法快捷、準確，并且克服了火焰原子吸收光譜分析方法和苯芴酮-溴化十六烷基三甲胺分光光度法的過程繁瑣，能應用于日常生產分析中，很好地滿足了質量控制的需要。

2 實驗部分

2.1 儀器與參數

ICAP PRO 電感耦合等離子體發射光譜儀（美國熱電公司）；CP224s 電子天平，量程0 ～220 g，最小分度值0.000 1 g。ICP-OES 工作參數見表1。

表1 ICP-OES 工作參數

2.2 試劑及標準溶液配制[8]

1）氫氧化鈉，優級純；

2）酒石酸；

3）基體鋅粒（≥99.999 9 %）；

4）硝酸（ρ1.42 g/mL），優級純；

5）鹽酸（ρl.19 g/mL），優級純；

6）硫酸（ρl.84 g/mL），優級純；

7）硝酸（1+1）；

8）超純水；

9）鋅基體溶液：稱取10.0 g 基體鋅粒（≥99.999 9 %），加入最少量硝酸（1+1）緩慢溶解后，移入100 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液1 mL 含0.1 g 鋅；

10）鉛、錫、鋁、鎂標準貯存溶液（各元素貯存液均配制成0.001 g/mL）：分別稱取0.250 0 g 金屬鉛、0.250 0 g 錫片（≥99.99 %）、0.250 0 g鋁片（≥99.99 %）、0.414 6 g氧化鎂（MgO≥99.99%）于一組100 mL 燒杯中，分別加入30 mL 硝酸（1+1），蓋上表面皿，加熱至完全溶解，煮沸除去氮的氧化物，分別移入一組250 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度；加入10 ml 酒石酸（200 g/L）、20 mL 濃硫酸（ρl.84 g/mL）溶解后，用鹽酸（1+1）移入250 mL 容量瓶中并稀釋至刻度；加入20 mL 鹽酸（ρl.19 g/mL）、15 mL硝酸（ρ1.42 g/mL）溶解后，移入250 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度；加入30 mL 鹽酸（1+1），加熱溶解后，移入250 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度；混勻；

11）鉛、錫、鋁、鎂標準溶液（各元素標準溶液均配制成0.000 1 g/mL）：分別移取10.00 mL鉛、錫、鋁、鎂標準貯存溶液（0.001 g/mL）置于一組100 mL 容量瓶中，分別加入5 mL 硝酸（ρl.42 g/mL，優級純），用水稀釋至刻度，混勻；

12）分析試液的配制：稱取1.000 g 鋅錠試樣，精確至0.000 1 g，將試樣置于100 mL 燒杯中，加入30 mL 硝酸（1+1），微沸溶解后，移入250 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

2.3 元素分析譜線波長見表2

表2 分析元素譜線波長（nm）

2.4 元素檢出限和測量范圍

在選定的儀器工作條件下，平行測定空白樣品溶液11 次，以其3 倍標準偏差對應值作為方法的檢出限，結果見表3。

表3 元素檢出限和測量范圍

2.5 實驗方法

根據鋅錠試樣的化學成分，采用與樣品相同基體的混合標準溶液制作標準曲線，以標樣作標準化，按照所選條件將溶液引入電感耦合等離子體發射光譜儀同時測定鉛、錫、鋁、鎂四種元素含量。

3 結果與討論

3.1 精密度實驗

按照實驗方法對鋅錠樣品進行10 次平行測定，各元素的相對標準偏差（n=10）均小于5.0 %，測量結果見表4。

表4 鋅錠試樣的檢測結果

3.1.1 鋅錠試樣的檢測結果

鋅錠試樣的檢測結果見表4。

由表4 可以看出，本方法在測定鋅錠試樣中的鉛、錫、鋁、鎂含量時檢出限低、測量范圍寬、精密度好（測量結果相對標準偏差均小于5）、測定值與國標值[9]吻合，見表5。

表5 鋅錠化學成分

3.1.2 分析方法的檢測結果對比

與其他分析方法的檢測結果對比見表6。

表6 檢測結果對比

由表6 可以看出，本方法在測定鋅錠試樣中的鉛、錫、鋁、鎂含量與其他方法的測定結果較接近。

4 結論

（1）采用ICP-OES 法直接測定鋅錠中的鉛、錫、鋁、鎂雜質元素含量，該方法穩定性好、精密度高（RSD 均小于5.0 %）、檢出限低、測量范圍寬，具有較好的準確度和可操作性；

（2）該方法測定結果與其他方法的測定值進行比較，結果相符，在生產檢驗中可取代其他分析方法進行多元素同時分析，能很好地滿足生產檢驗要求。