曾 茵，劉云貴 ，龍安祿 ，朱紹嚴(yán) ，龍尚俊

(貴州省分析測(cè)試研究院 ，貴州省檢測(cè)技術(shù)研究應(yīng)用中心 ，貴州 貴陽(yáng) 550014)

0 引言

鋁合金因其具有塑性好、易于成形、比強(qiáng)度和比剛度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品、建材、航空航天等領(lǐng)域，為了改善和優(yōu)化鋁合金的組織和性能，常常加入一些微量元素。鉍元素是低熔點(diǎn)金屬，它在鋁中固溶度不大，略降低合金強(qiáng)度，能改善基體的加工性能，提高某些鑄造鋁合金的強(qiáng)度及改善切削性能，鉍在凝固過(guò)程中膨脹，對(duì)補(bǔ)縮很有利。但金屬鉍具有一定微毒性，因此，控制鉍在鋁合金中的加入量是十分必要的。

現(xiàn)存的相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》GB/T 3190-2008中鉍含量在0.20%～0.6%，《鋁中間合金》GB/T 27677-2017中有AlBi3、AlBi5、AlBi10三個(gè)牌號(hào)，鉍含量在2.7%～11.0%，且對(duì)應(yīng)的 《鋁及鋁合金化學(xué)分析方法》GB/T20975-2008中卻沒(méi)有檢測(cè)鋁合金中鉍含量的方法[1-3]。實(shí)際工作中，檢測(cè)鋁及鋁合金中的鉍含量，主要參照《鋁中間合金化學(xué)分析方法 第9部分：鉍含量的測(cè)定 碘化鉀分光光度法》YS/T 807.9-2012和相關(guān)學(xué)者發(fā)表的論文描述的方法進(jìn)行檢測(cè)[4]。YS/T807.9-2012中的檢測(cè)范圍為1%～11%，而將其應(yīng)用于鋁及鋁合金中低含量鉍檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)范圍頗受限制，目前，測(cè)定鉍含量的方法主要有原子熒光光譜法[5]、火焰原子吸收光譜(AAS)法、分光光度法和EDTA滴定法等，但這些方法所測(cè)定的鉍含量基本都在1%以上，基于此，本文在原有基礎(chǔ)上利用分光光法來(lái)測(cè)定鋁合金中低含量的鉍。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器設(shè)備與試劑

主要儀器：S22pc型可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海棱光技術(shù)有限公司，比色皿1 cm。

主要試劑：氫氧化鈉溶液，30%； 硝酸溶液(1+1)；濃硫酸；稀硫酸溶液(1+5)；硫脲，優(yōu)級(jí)純(1+1)；尿素溶液，5 g/L；碘化鉀溶液，200 g/L：準(zhǔn)確稱取20 g碘化鉀和2 g抗壞血酸，溶于100 mL水中，臨用時(shí)配制；硫脲溶液100 g/L：配制后有渾濁現(xiàn)象，用濾紙過(guò)濾；鉍標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取0.5 g(精確至0.1 mg)金屬鉍置于300 mL燒杯中，加入25 mL硝酸(1+1)，蓋上表皿，緩慢加熱溶解完全，冷卻至室溫，移入500 mL容量瓶中[預(yù)先加入25 mL硝酸(1+1)]，用水稀釋至刻度，搖勻。用25.00 mL移液管準(zhǔn)確移取該溶液于250 mL容量瓶中[預(yù)先加入25 mL硝酸(1+1)]，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液1 mL含0.10 mg鉍，配制成濃度為0.1 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。本實(shí)驗(yàn)所用試劑除硫脲、硫酸為優(yōu)級(jí)純以外，其他均為分析純，水為蒸餾水。

1.2 試驗(yàn)方法

稱取鋁合金試樣0.5 g(精確至0.1 mg)于聚四氟乙烯燒杯中，加入10 mL氫氧化鈉溶液(30%)，劇烈反應(yīng)停止后，加熱使樣品完全溶解，取下冷卻，加入25 mL硝酸(1+1)，加熱使鹽類溶解使溶液澄清，加尿素(5 g/L)約1 mL，加(1+6)硫酸20 mL，加熱煮沸，使能與硫酸根離子沉淀的金屬離子沉淀完全，冷卻。將溶液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用蒸餾水定容，搖勻。靜置溶液，使上層溶液澄清，用濾紙過(guò)濾。移取溶液10 mL于100 mL容量瓶中，加入(1+1)硫酸15 mL，加入適量的水，加入硫脲溶液及碘化鉀溶液各10 mL，以蒸餾水定容，搖勻，放置15 min。分取部分試液于10 mm比色皿中，在波長(zhǎng)為464 nm處的分光光度計(jì)上比色，測(cè)定其吸光度，以水為參比，并隨同試樣做空白試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 最佳波長(zhǎng)的考察

任意選取4、6 mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.1 mg/mL)為研究對(duì)象，以2 nm波長(zhǎng)為刻度，按照1.2試驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別于454～474 nm的波長(zhǎng)段測(cè)定其吸光度，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)波長(zhǎng)為464 nm時(shí)，吸光度最佳，因此，本方法選擇464 nm作為分析波長(zhǎng)。

圖1 波長(zhǎng)對(duì)Bi吸光度的影響

2.2 硫酸溶液用量的考察

硫酸溶液用量的選擇以體積為4、6 mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液為研究對(duì)象，分別加入硫酸溶液8、10、12、 15、18、20、22 mL，按照1.2試驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定硫酸溶液體積對(duì)Bi吸光度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知，當(dāng)硫酸溶液用量<10 mL時(shí)，溶液的吸光度有上升趨勢(shì)，繼續(xù)增加硫酸溶液的用量，當(dāng)硫酸溶液用量>15 mL時(shí)，吸光度變化不大，因此，本試驗(yàn)選擇硫酸溶液用量為15 mL。

2.3 硫脲及碘化鉀溶液用量的考察

硫脲及碘化鉀溶液用量的選擇以4、6 mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液為研究對(duì)象，分別加入硫脲溶液5、6、7、 8、9、10、11、12、13、14、15 mL，按照1.2試驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定硫脲及碘化鉀溶液體積對(duì)吸光度的影響，結(jié)果如圖3、4所示。

圖2 硫酸溶液體積對(duì)Bi吸光度的影響

圖3 硫脲溶液體積對(duì)Bi吸光度的影響

圖4 碘化鉀溶液體積對(duì)Bi吸光度的影響

由圖3、4可知，當(dāng)硫脲及碘化鉀溶液用量達(dá)到10 mL時(shí)，溶液的吸光度趨于穩(wěn)定，繼續(xù)增加硫脲及碘化鉀溶液的用量，吸光度變化不大，因此，本試驗(yàn)選擇硫脲溶液及碘化鉀用量均為10 mL。

2.4 顯色時(shí)間的考察

選擇用量為4、6 mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液為研究對(duì)象，按照1.2試驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，各組溶液分別靜置8、10、15、20、25、30、35、40 min，測(cè)定顯色時(shí)間對(duì)吸光度，結(jié)果如圖5所示。

圖5 顯色時(shí)間對(duì)Bi吸光度的影響

由圖5可知，當(dāng)顯色時(shí)間為10 ～15 min時(shí)，吸光度達(dá)到最大，當(dāng)繼續(xù)延長(zhǎng)顯色時(shí)間，吸光度趨于穩(wěn)定，因此，本實(shí)驗(yàn)顯色時(shí)間選擇15 min。

2.5 共存離子的影響

鋁合金中大量與Bi共存的離子有Cu2+、Cr7+、Zn2+、Pb2+、Mg2+、Mn2+等，通過(guò)加入相對(duì)量的這些元素實(shí)驗(yàn)可知，這些離子對(duì)測(cè)定鉍沒(méi)有干擾，而鋁合金中的其他元素含量很低，對(duì)測(cè)定也無(wú)干擾。

2.6 工作曲線的建立

取數(shù)只100 mL的容量瓶，分別移取濃度為0.10 mg/mL鉍標(biāo)準(zhǔn)溶液0、1、2、3、4、5、6、8、10 mL于容量瓶中，加入15 mL(1+1)硫酸溶液，加入適量的水，加入硫脲溶液及碘化鉀溶液各10 mL，以蒸餾水定容，搖勻，放置15 min。在464 nm處測(cè)其吸光度，以吸光度(A)為縱坐標(biāo)，鉍的質(zhì)量(mg)為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線見(jiàn)圖6。

2.7 樣品結(jié)果計(jì)算

將1.2中測(cè)得的樣品的吸光度代入1.3的工作曲線，求得樣品中鉍的質(zhì)量m(mg)，代入下列計(jì)算式中求出鋁合金中鉍的含量：

圖6 Bi標(biāo)準(zhǔn)曲線

式中：ω，鉍的含量，%；m，從標(biāo)準(zhǔn)工作曲線上查得的鉍質(zhì)量，mg；m′，樣品質(zhì)量，g；f，分取比例。

2.8 樣品分析、精密度及加標(biāo)回收試驗(yàn)

隨機(jī)購(gòu)買不同品牌的1#、2#、3#樣品，按照1.2的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算結(jié)果。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試6次，，并同時(shí)做加標(biāo)回收試驗(yàn)，見(jiàn)表2：

表2 樣品分析及加標(biāo)回收試驗(yàn)(n=6)

由表1可知：本法的RSD為0.7%～4.5%，回收率為92.8%～104.9%，精密度滿足分析試驗(yàn)要求。因此在檢測(cè)鋁合金中較低含量的鉍時(shí)，本法具有顯著的優(yōu)越性及可操作性。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)表明，樣品在堿溶液中溶解后，酸化得到澄清溶液，采用碘化鉀分光光度法，討論了波長(zhǎng)，顯色時(shí)間、試劑用量及干擾因素對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，本方法(RSD)為0.72%～4.5%，加標(biāo)回收率在92.8%～104.9%，方法操作簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高，對(duì)用于測(cè)定鋁合金中鉍的含量，特別是低濃度鉍的含量具有較高的準(zhǔn)確性高，為測(cè)定鋁合金中低含量的鉍提供方法參考。