摘要：本文通过实验举例的方法用分光光度法检测了金属材料钢铁及合金中磷含量的测定。
关键词：分光光度法；金属材料；磷含量的测定
一、分光光度法简介
(1)分光光度法是根据待测溶液对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法，可见分光光度法是最常应用于实验室的微量元素含量分析方法，具有灵敏度高、应用广泛、操作简便快捷和准确度较高等优点。郎伯-比尔定律是分光光度法的基本定律，射入光被吸收的多少与试样介质的厚度和试样溶液的浓度有关。A=KcL，此公式表明：射入光的强度一定时，吸光度与溶液的浓度c和溶液厚度L的乘积成正比。K为吸光系数，是个常数，与溶液的温度、性质以及射入光的波长有关。
(2)当溶液的厚度不变时，测定一系列浓度不同的标准溶液的吸光度，可以得出关于溶液和吸光度的一条工作曲线，之后测定待测溶液吸光度，从而得出待测溶液的浓度。但是在一定实验条件下，经常会有工作曲线一端或两端发生弯曲的情况，如图一，当浓度大于c2或小于c1时，郎伯-比尔定律失效。为使实验更加准确有效，可选用一组标准物质绘制工作曲线，但应注意标准物质浓度含量最大值和最小值应覆盖待测样品的全部含量。实验室中经常用此方法测定钢铁原材料中待测元素含量，从而判定金属材料的性能和质量。
(3)显色反应的条件和选择在分光光度法分析中具有重要的意义，利用显色反应把待测物质M转化为有色化合物M-R是最主要的检测方法。对显色反应有灵敏度高、选择性好、有色化合物组成固定并且化学性质足够稳定和对比度大等要求。显色剂的用量应适当过量，溶液酸度，显色时间和温度对显色反应均有影响。在进行某种元素的光度分析检测时，除考虑被测元素的最佳反应条件，还应考虑干扰物质的影响，为了减少和消除干扰离子的影响，通常选择控制酸度、加入掩蔽剂、改变干扰离子价态和分离干扰离子等方法。
为了进一步提高测量的准确性，还应考虑分光光度法仪器测量误差及消除，选择适合的检测波长，控制适当的吸光度读数范围，选择适当的参比溶液都会提高测量的准确性。
二、分光光度计
分光光度法所使用的主要仪器是分光光度计，其工作原理是利用物质对于光的选择性吸收，以较纯的单色光作为射入光，确定溶液吸光度，从而测定待测组分含量。分光光度计的种类和型号有很多，但在金属材料分析行业最主要的是可见分光光度计，如721型、722型和723型。
三、实验举例
以钢铁及合金中磷含量的测定为例，简述分光光度法在金属材料元素化学分析中的应用。磷是钢铁中最常见的有害元素，实验室经常用锑磷钼蓝分光光度法测定钢铁及合金中磷的含量。
1、主要仪器
722 型光栅分光光度计, 上海分析仪器二厂生产
2、试剂
磷酸盐储备液 :将磷酸二氢钾于 110°C 干燥 2小时, 在干燥器中放冷。称取 0.217 克溶于水 , 移入1000ml 容量瓶中 。加(1 +1)硫酸 5ml ,用水稀释至标线。此溶液每毫升含 50.0 微克磷 (以 p 计)。磷酸盐标准溶液:吸取 10.00ml 磷酸盐储备液于250ml 容量瓶中, 用水稀释至标线 。此溶液每毫升含 2.00 微克磷。临用时现配 。
钼酸铵溶液:称取 8.25 克钼酸铵溶于约 75ml水中, 另量取 100ml 浓硫酸徐徐注入 300ml 水中。冷却后 ,将钼酸铵溶液在搅拌下注入硫酸溶液中,加水至500ml ,储于聚乙烯瓶中 ,如浑浊或变色则应重配 。
氯化亚锡溶液:称取 0.5 克氯化亚锡, 加 2.5ml浓盐酸使完全溶解 ,得透明溶液(必要时放置过夜或稍稍加温)后 , 加水稀释至 25ml , 加一粒金属锡 ,置暗冷处, 一周后重配 。
所用试剂均为分析纯 ,水为二次蒸馏水
3、试验方法
酸性条件下 , 磷酸盐与钼酸铵反应 , 生成黄色的磷钼杂多酸,反应为：
在一定酸度条件下,此黄色化合物遇到还原剂氯化亚锡, 可被还原为蓝色络合物, 通常称为钼蓝。
含磷量在 0.025-0.6ug/ml 时服从朗伯-比耳定律, 利用蓝色的深浅 ,进行磷的比色测定。
四、结果与讨论
1、酸度对吸光度的影响
酸度过高或过低 , 都会导致反应不充分 、还原不彻底、显色不完全 、以至于其他副反应的发生 。本文方法酸度为 pH =2.8, 测得吸光度在 0.2 -0.7,符合分光光度法的要求。
2、钼酸铵浓度的确定
钼酸铵的浓度直接影响该显色反应的效果, 根据公式 ,钼酸铵浓度高时酸度要求也高 ,浓度低时酸度要求也低,但过高 、过低都影响显色 ,本文在酸度为 pH =2.8 的前提下 ,选用钼酸铵浓度 0 .01mol/L 。结果表明, 此时灵敏度较好 。
3、氯化亚锡的用量的确定
钼磷酸与氯化亚锡反应的物质的量之比为 1:1,但实际实验中, 没有必要准确计算出钼磷酸的含量 。本文选用氯化亚锡的用量为0 .25ml 。
4、显色温度和显色时间的确定
试验表明 , 温度每增加 1℃, 色泽增加约 1%,随着时间的延长 , 空气中氧气的影响 , 会使得测定结果偏低 ,同时显色温度也影响最大显色所需的时间。因此,标准与水样的显色温度 、显色时间应保持一致,室温较高或较低时, 可适当缩短或延长显色时间。本文测定时室温为 20℃, 显色时间为15min。
5、工作曲线的绘制
取数支 50ml 具塞比色管 , 分别加入磷酸盐标准使用液 0.00、0.50 、1.00、3.00、5 .00、10.00、15.00ml ,加水至刻线, 向比色管中加入 5ml 钼酸铵溶液,摇匀, 再加入 4 滴氯化亚锡溶液 ,充分混匀后在室温下放置 15min 后, 用 2cm 比色皿, 于 700nm 波长处, 以零浓度空白管为参比 ,测量吸光度 ,得出工作曲线的回归方程为 Y=0.243X +0.107。Y 为吸光度,X 为浓度, 单位:Mg/mL 。相关文数 r=0.9911。
6、方法精密度试验
在选定的条件下 , 磷含量在 0.025 -0.6μg/ml范围内与吸光度呈良好的线性关系, 为了提高测定精密度和准确度 , 在相关系数为 0.9991 的情况下 , ,对 0.45μg/ml 磷进行 11 次平行测定,相对标准偏差为 3.5%,根据 IUPAC 建议,计算出方法的检出限为 0.0153 μg/ml 。
五、样品测定
取适量水样于比色管中, 加水到刻线 , 在与工作曲线相同条件下进行显色、测量, 根据回归方程 ,求出磷含量 。
试验方法测定结果见表 1。
结语
随着金属材料的需求和应用越来越多，对其化学元素含量的要求也越来越高，对化学元素含量进行分析，是把握金属材料优劣的重要关卡。分光光度法作为一项比较成熟的分析方法，在检测单位和质量控制单位中具有最广泛的应用，虽然在检测范围等方面还存在着一定的缺点，但是科学技术不断发展进步，随着不断的反复实验研究，也必然将会突破其局限性，寻找效果更好的掩蔽体系，或通过化学计量等途径来确定待测组分的最佳条件，使实验更加便捷和准确。
参考文献
[1]GB/T223.59-2008 钢铁及合金磷含量的测定 锑磷钼蓝分光光度法.
[2]四川大学化工学院，华东理工大学化学系编 分析化学高等教育出版社.
[3]何莉、周滢，徐秀敏，宋若海 对GB/T223.59-2008方法中磷测定消除砷干扰的改进研究 冶金分析 2012.
[4]窦仪俭, 等.环境科学出版社[ M] .南京:南京大学出版社, 2000.
论文作者:欧建华
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/29
标签：显色论文; 溶液论文; 光度论文; 浓度论文; 氯化亚锡论文; 含量论文; 酸度论文; 《基层建设》2017年第24期论文;