火焰原子吸收光谱法测定钒基合金中铬的含量

火焰原子吸收光谱法测定钒基合金中铬的含量
田伦富;代以春;李晓媛;高伟;王利利;邹德霜
【摘要】应用火焰原子吸收光谱法(FAAS)测定钒基合金(V-Cr-Ti三元合金)中铬的含量.取样0.1000 g,用硫酸(1+1)溶液5 mL及硝酸2 mL加热溶解后蒸发至冒硫酸烟.冷却后移至100 mL容量瓶中,加水定容.分取适量样品溶液(其中含Cr约为0.1～0.5 mg)置于另一100 mL容量瓶中,加入20 g·L-1硫酸钾溶液10 mL(作为对共存元素V和Ti的抗干扰试剂,同时起到增敏作用明显提高信号强度),加水定容为100.0 mL(溶液中含硫酸<0.5％),按仪器工作条件测定溶液中铬的含量.在优化的试验条件下,铬的质量浓度在1.00～5.00 mg·L-1内与相应的吸光度之间呈线性关系.应用此方法测定了实际样品中铬的含量,测定值的相对标准偏差(n=6)为0.64％,以实际样品为基体,按照标准加入法在2个浓度水平上进行回收试验,测得回收率的平均值为97.1％.
【期刊名称】《理化检验-化学分册》
【年(卷),期】2019(055)007
【总页数】5页(P805-809)
【关键词】火焰原子吸收光谱法;铬;钒基合金
【作者】田伦富;代以春;李晓媛;高伟;王利利;邹德霜
【作者单位】中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,绵阳 621900;中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,绵阳 621900;中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,绵阳 621900;中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,绵阳 621900;中国工
程物理研究院机械制造工艺研究所,绵阳 621900;中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,绵阳 621900
【正文语种】中文
【中图分类】O657.31
钒－铬－钛（V－Cr－Ti）合金是优良的聚变堆用低活性结构材料，同其他金属结构材料相比，钒基合金最显著的优点是在中子辐照条件下具有较低的激活特性和优良的高温性能［1－3］。

钒基合金中加入4%～5%的铬可使合金具有较好的抗高
温蠕变性能和耐蚀性能［4－5］。

要保证材料的质量，就必须对铬含量进行准确
控制和测定。

目前测定钒基合金中的铬含量还没有标准方法，可参考的分析方法主要有硫酸亚铁铵滴定法［6－7］、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP－AES）［8－9］、分光光度法［10－12］和原子吸收光谱法［13－15］等。

对于钒基合金中4%～5%的铬含量的测定，滴定法是理想的选择，但方法操作繁琐而
且还受到基体钒的严重干扰［6］，适用性不强；常用的二苯碳酰二肼分光光度法同样受到钒的严重干扰［12］，也使方法的应用受到限制；ICP－AES可用于钒基合金中铬的测定［9］，但存在明显的基体效应，同时铬的分析线选择需谨慎，选择不当会使其受到钒、钛的谱线干扰；火焰原子吸收光谱法具有干扰小、准确度高、重现性好、设备运行成本低等优点，已用于大量合金中铬含量的测定［14，16－17］。

本工作采用火焰原子吸收光谱法测定V－Cr－Ti三元合金中铬的含量，对样品溶解、钒和钛的干扰、酸度等影响铬测定结果的因素进行了研究，得到了最佳测定条件，建立了空气－乙炔火焰原子吸收光谱法测定钒基合金中高含量铬的分析方法。

1 试验部分
1.1 仪器与试剂
PinAAcle 900F型原子吸收光谱仪；CPA124S型精密分析天平；铬元素空心阴极灯。

铬标准储备溶液：1000mg·L－1，称取0.1000g铬粉于100mL烧杯中，加5mL 盐酸（1＋1）溶液，加热溶解，加5mL硫酸（1＋1）溶液，加热至冒硫酸烟时取出冷却，转移至100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，备用。

铬标准溶液：50.0mg·L－1，移取25mL铬标准储备溶液于500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混合摇匀。

钒标准储备溶液：2000mg·L－1，称取0.1000g钒粉于100mL烧杯中，加5mL 硝酸（1＋1）溶液，加热溶解，加5mL硫酸（1＋1）溶液，加热至冒硫酸烟时取出冷却，转移至50mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，备用。

钛标准储备溶液：500mg·L－1，称取0.1000g钛粉于150mL烧杯中，加入
15mL硫酸（1＋1）溶液，加热溶解后，滴加数滴硝酸使溶液紫色褪去并澄清，加热至冒硫酸烟时取出冷却，用硫酸（5＋95）溶液稀释并转移至200mL容量瓶中，并用硫酸（5＋95）溶液定容，混合摇匀。

氯化铵：100g·L－1，称取10g氯化铵，用水溶解并转移至100mL容量瓶中，用水定容，混合摇匀。

硫酸钾：20g·L－1，称取2.0g硫酸钾，用水溶解并转移至100mL容量瓶中，用水定容，混合摇匀。

以上试剂除特殊说明外，均为分析纯试剂；试验用水为二次去离子水。

1.2 仪器工作条件
波长357.87nm；光谱通带宽度0.70nm；观测高度12mm；灯电流10mA；乙炔流量3.3L·min－1，空气流量10L·min－1。

1.3 试验方法
称取0.1000g钒基合金试样，置于100mL烧杯中，加入5mL硫酸（1＋1）溶液和2mL硝酸，置于电热板上加热溶解，加热至冒硫酸烟时取出冷却，转移至
100mL容量瓶中，用水定容，混合摇匀。

分取适量样品溶液于100mL容量瓶中，加入20g·L－1硫酸钾溶液10mL，用水稀释至刻度，混匀，得到待测液，按照仪
器工作条件进行测定。

2 结果与讨论
2.1 溶解试剂的选择
试验考察了王水和硫酸（1＋1）溶液－硝酸的混合溶液对0.1g的合金样品的溶解效果。

结果表明：两种溶解剂体系均能使样品溶解完全；王水对样品的溶解速度较慢，采用10mL王水溶解样品，样品溶解完全至少需要30min；硫酸（1＋1）溶液－硝酸的混合溶液对样品的溶解速度快，采用5mL硫酸（1＋1）溶液－2mL硝酸的混合溶液对样品进行溶解，仅需5min就可将样品完全溶解。

试验采用的样品溶解体系为5mL硫酸（1＋1）溶液－2mL硝酸的混合溶液。

2.2 酸度的选择
样品溶解后采用冒硫酸烟的方式赶除硝酸，因此，试验考察了硫酸的浓度对铬测定结果的影响，结果见图1。

图1 样品溶液中硫酸浓度对铬吸光度的影响Fig.1 Effect of concentration of
H2SO4acid in sample solution on values absorbance of chromium
由图1可知：无论是否加入硫酸钾，当被测溶液中硫酸的浓度不超过0.5%时，铬的吸光度基本保持不变；当被测溶液中硫酸的浓度超过0.5%后，铬的吸光度略有降低。

试验选用的硫酸浓度约为0.2%。

2.3 乙炔流量和燃烧头高度的选择
试验了考察了不同乙炔流量和不同燃烧头高度对铬吸光度的影响，结果分别见图2和图3。

图2 乙炔流量对铬吸光度的影响Fig.2 Effect of flow rate of acetylene on values of absorbance of chromium
图3 燃烧头高度对铬吸光度的影响Fig.3 Effect of burner height on absorbance of chromium
由图2可知：在保持空气流量不变的情况下，随着乙炔流量的增加，铬的吸光度不断增加；当乙炔流量在3.2～3.5L·min－1之间时，铬的吸光度达到较大值且基本保持不变；当流量超过3.5L·min－1时，铬的吸光度反而下降。

试验选择的乙炔流量为3.3L·min－1。

由图3可知：在其他仪器条件保持不变的情况下，随着燃烧头高度的升高，铬的吸光度增大；当燃烧头高度为12mm时，铬的吸光度达到最大；继续增加燃烧头高度，铬的吸光度反而下降。

因此，试验选择的燃烧头的高度为12mm。

2.4 共存元素的影响与消除
V－Cr－Ti合金是由钒、铬、钛组成的三元合金，其中铬和钛含量均在5%左右，钒为基体，试验主要考查了共存元素钒和钛对元素铬测定结果的影响。

在
2.50mg·L－1的铬标准溶液中，加入一定浓度的共存元素钒和钛进行干扰试验。

根据相关文献报道，氯化铵［14－16］和硫酸钾［18－19］均具有抗干扰作用，试验考察了氯化铵、硫酸钾等抗干扰剂对铬测定结果的影响，结果见表1。

表1 干扰元素钒和钛对铬测定结果的影响Tab.1 Effect of the coexisting ions of vanadium and titanium on the result of chromium determined铬的吸光度干扰元素无抗干扰剂10g·L－1氯化铵2g·L－1硫酸钾－0.0575 0.0887
0.09185mg·L－1 Ti 0.0304 0.0571 0.0919100mg·L－1 V 0.0284 0.0325 0.0914
由表1可以看出：钒和钛对铬的测定产生较严重的负干扰；加入氯化铵或硫酸钾均能使铬的吸光度明显增大，说明它们均有增敏作用；当铬与钒、钛共存时，氯化
铵的增敏和抗干扰作用却未能体现，而硫酸钾却能在保持增敏作用的同时将40倍的钒和2倍的钛的干扰彻底消除，说明硫酸钾的抗干扰效果良好，能满足钒基合
金的分析要求。

因此，试验采用硫酸钾作为抗干扰剂来消除钒和钛对铬测定结果的干扰。

试验进一步考察了硫酸钾的用量对铬测定结果的影响，结果见图4。

由图4可以看出：当不存在干扰元素时，硫酸钾的质量浓度在0.4～4.0g·L－1内时，铬的吸光度基本保持不变；当钒、钛与铬共存时，硫酸钾的质量浓度在1.2～2.8g·L－1内时，铬的吸光度基本保持不变，硫酸钾质量浓度过低或过高均使铬的吸光度降低。

试验选择硫酸钾的质量浓度为2.0g·L－1。

图4 硫酸钾的用量对铬吸光度的影响Fig.4 Effect of amount of potassium sulfate on values of absorbance of chromium
2.5 工作曲线和检出限
移取 2.00，4.00，6.00，8.00，10.00mL 铬标准溶液于5个100mL容量瓶中，分别加入20g·L－1硫酸钾溶液10mL和硫酸（5＋95）溶液4mL，用水稀释至刻度，混合摇匀。

按仪器工作条件对铬工作溶液系列进行测定。

以铬的质量浓度为横坐标，与其对应的吸光度为纵坐标绘制工作曲线。

结果表明：铬的质量浓度在
1.00～5.00mg·L－1内与其对应的吸光度之间呈线性关系，线性回归方程为y＝0.0354 x＋0.0043，相关系数为0.9994。

对空白溶液测定11次，计算其标准偏差σ，以3倍的标准偏差与工作曲线的斜率之比计算方法的检出限（3σ／k），结果为0.025mg·L－1。

2.6 回收试验
对样品加入不同浓度水平的铬标准溶液进行加标回收试验，按照试验方法进行测定，计算回收率，结果见表2。

表2 回收试验结果Tab.2 Results of test for recovery本底值m／μg μg
μg %231.9 50.0 280.5 97.2200.0 425.7 96.9加标量m／测定总量m／回收率／
2.7 样品分析
按照试验方法对样品进行分析，每个样品平行测定6次，铬的质量分数的测定值
分别为4.68%，4.68%，4.66%，4.64%，4.60%，4.65%，测定平均值为4.65%，测定值的相对标准偏差（RSD）为0.64%，说明方法具有良好的精密度。

同时采
用分光光度法对样品进行测定，样品中铬的测定值为4.71%，说明本方法的测定
值与分光光度法的测定值基本吻合。

本工作采用火焰原子吸收光谱仪测定钒基合金中铬的含量。

方法采用硫酸（1＋1）溶液－硝酸的混合溶液溶解样品，用硫酸钾消除钒和钛的干扰，最终实现了钒基合金中铬含量的准确测定。

方法具有操作简单、快速、准确等优点，能够满足日常分析要求，值得推广应用。

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