水蒸氣蒸餾－納氏試劑分光光度法測(cè)定鈦合金中氮含量的應(yīng)用方案

引言：

鈦是近代逐步發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)金屬材料，鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)元素加入其他元素組成的合金，其具有耐蝕、耐熱性能好、強(qiáng)度高和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)異的性能被應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件、阻燃鈦合金研究、醫(yī)用金屬材料。氧、氮一般固溶于鈦合金中，其含量增加會(huì)導(dǎo)致鈦合金的強(qiáng)度及硬度增加，但是塑性及韌性降低一般被認(rèn)定為雜質(zhì)元素，在國(guó)標(biāo)公布的鈦合金pai號(hào)中均對(duì)其含量有一定限制。目前公布的國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于鈦合金中氮含量測(cè)試方法有: 惰性氣體熔融－熱導(dǎo)法，氫氟酸消解蒸餾分離－奈斯勒(納氏)試劑分光光度法，鹽酸和氫氟酸消解水蒸氣蒸餾－滴定法。本文使用硫酸溶液消解樣品后，堿化溶液，通過水蒸氣蒸餾分離、收集氨氮，經(jīng)納氏試劑顯色后，利用紫外－可見分光光度計(jì)測(cè)定氨氮含量，從而計(jì)算得到樣品中的氮含量。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

儀器:UV-1700紫外可見分光光度計(jì)，水蒸氣蒸餾裝置

試劑:硫酸(GR，廣州化學(xué)試劑廠)：0.5% 硫酸溶液: 移取1.276mL硫酸(GR)緩慢滴加于100mL去離子水中，再轉(zhuǎn)移250mL玻璃容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。GSB04－2832-2011氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液( 1000 μg/mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心) 氫氧化鈉( GR，天津市大茂化學(xué)試劑廠)

氫氧化鈉溶液: 稱取 125 g 氫氧化鈉于 200 mL 去離子水中，加入數(shù)粒鋅粒，加入煮沸3~5min，取下冷卻至室溫，將加入的鋅粒撈出，用去離子水稀釋至250mL塑料瓶中，混勻待用。

納氏試劑: 稱取8.0g氫氧化鈉固體，溶于25mL水中待用; 分別稱取3.5g碘化鉀和dian化汞一起溶于水中，并在攪拌中緩慢地加入到配制的氫氧化鈉溶液中，用去離子水稀釋至50mL，于棕色瓶中密封保存。(也可用經(jīng)檢驗(yàn)合格的市售納氏試劑)
1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1樣品消解

試樣準(zhǔn)確稱取0.500g ( 精確至0.0001g)( 若試樣為工業(yè)純鈦需加大稱樣量)，置于100mL聚四氟乙烯燒杯中，加入25mL硫酸溶液(1+1)，蓋上表面皿，加熱消解wan全，趁熱滴加數(shù)滴硝酸，繼續(xù)加熱至溶液無色，取下冷卻。

1.2.2水蒸氣蒸餾

于無氨環(huán)境下接好水蒸氣蒸餾裝置，撿漏合格后，用去離子水蒸餾沖洗三遍以上。將測(cè)試液轉(zhuǎn)入凱式定氮瓶中，用去離子水沖洗表面皿和杯壁。再依次加入數(shù)粒沸石、20mL氫氧化鈉溶液、適量去離子水至總體積約140mL。加熱蒸餾，接收裝置為用盛有5mL0.5 %硫酸溶液的100mL比色管。餾出約70mL時(shí)，降低比色管，繼續(xù)蒸餾出約5mL后停止，依次加入3mL氫氧化鈉溶液、2mL納氏試劑，稀釋至100mL，搖勻。隨同做空白試驗(yàn)。

1.2.3標(biāo)準(zhǔn)工作曲線配置

取5mL氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容稀釋至100mL玻璃容量瓶中，充分搖勻，得到的即為100μg/mL氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液。再取6個(gè)100mL玻璃容量瓶，依次加入配置好的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液0,0.25,0.5,2.0,5.0mL，再分別加入5mL 0.5%硫酸溶液、3mL氫氧化鈉溶液、2mL納氏試劑，用去離子水定容、搖勻。得到0,0.25,0.5,2.0,5.0mg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。通過紫外－可見分光光度計(jì)在420nm波長(zhǎng)處測(cè)試吸光度; 以氨氮濃度做橫坐標(biāo)，吸光度做縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，見圖1。

圖 1 氨氮濃度與吸光度曲線

二、結(jié)果與討論

2.1標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)試結(jié)果

      取實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)樣品TC4 ( 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)GBW（E）020034a)，按上述實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試六次，結(jié)果如表1所示。

2.2加標(biāo)回收測(cè)試結(jié)果

稱取高純鈦0.500g( 精確值0.0001g)，加入氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，以不加標(biāo)的試液做空白，按上述測(cè)試方法消解并水蒸氣蒸餾收集、納氏試劑顯色測(cè)試。得到測(cè)試結(jié)果及回收率見表2。

以表 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，該方法加標(biāo)回收率在97.1 %~101.9% 之間。

2.3精密度試驗(yàn)

以2.0 mg/L加標(biāo)樣作測(cè)試樣，重復(fù)測(cè)試10次，得到測(cè)試精密度，結(jié)果見表3。

由表3 知，S=0.016 mg/L，ＲSD=0.82 % ，精密度可滿足分析測(cè)試要求。

三、結(jié)束語(yǔ)

選用硫酸溶液消解鈦合金樣品后，加氫氧化鈉溶液堿化試液，再通過水蒸氣蒸餾分離、收集氨氮，堿性條件下納氏試劑顯色后，利用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)試。測(cè)試回收率在97.1%~101.9%，RSD=0.82%，能夠滿足產(chǎn)品分析的準(zhǔn)確性要求。在實(shí)驗(yàn)室在未配備氧氮分析儀或設(shè)備故障的情況下，采用該實(shí)驗(yàn)方法可以對(duì)鈦合金中氮含量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定。