標題水蒸氣蒸餾－納氏試劑分光光度法測定鈦合金中氮含量的應用方案

水蒸氣蒸餾－納氏試劑分光光度法測定鈦合金中氮含量的應用方案

引言：

鈦是近代逐步發展起來的一種結構金屬材料，鈦合金是以鈦為基礎元素加入其他元素組成的合金，其具有耐蝕、耐熱性能好、強度高和生物相容性好等優點，優異的性能被應用于航空發動機結構件、阻燃鈦合金研究、醫用金屬材料。氧、氮一般固溶于鈦合金中，其含量增加會導致鈦合金的強度及硬度增加，但是塑性及韌性降低一般被認定為雜質元素，在國標公布的鈦合金牌號中均對其含量有一定限制。目公布的國家及行業標準中對于鈦合金中氮含量測試方法有: 惰性氣體熔融－熱導法，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，經納氏試劑顯色后，利用紫外－可見分光光度計測定氨氮含量，從而計算得到樣品中的氮含量。

一、實驗部分

1.1儀器與試劑

儀器:UV-1700紫外可見分光光度計，水蒸氣蒸餾裝置

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

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碘化鉀和碘化汞一起溶于水中，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。(也可用經檢驗合格的市售納氏試劑)
1.2實驗方法

1.2.1樣品消解

試樣準確稱取0.500g ( 精確至0.0001g)( 若試樣為工業純鈦需加大稱樣量)，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，加熱消解完全，趁熱滴加數滴硝酸，繼續加熱至溶液無色，取下冷卻。

1.2.2水蒸氣蒸餾

于無氨環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。將測試液轉入凱式定氮瓶中，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，降低比色管，繼續蒸餾出約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。

1.2.3標準工作曲線配置

取5mL氨氮標準溶液，定容稀釋至100mL玻璃容量瓶中，充分搖勻，得到的即為100μg/mL氨氮標準溶液。再取6個100mL玻璃容量瓶，依次加入配置好的氨氮標準溶液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的系列標準工作曲線。通過紫外－可見分光光度計在420nm波長處測試吸光度; 以氨氮濃度做橫坐標，吸光度做縱坐標，繪制標準工作曲線，見圖1。

圖 1 氨氮濃度與吸光度曲線

二、結果與討論

2.1標準樣品測試結果

      取實驗室標準樣品TC4 ( 標準物質編號GBW（E）020034a)，按上述實驗方法測試六次，結果如表1所示。

 2.2加標回收測試結果

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

以表 2 實驗結果可知，該方法加標回收率在97.1 %~101.9% 之間。

2.3精密度試驗

以2.0 mg/L加標樣作測試樣，重復測試10次，得到測試精密度，結果見表3。

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

三、結束語

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-可見分光光度計測試。測試回收率在97.1%~101.9%，RSD=0.82%，能夠滿足產品分析的準確性要求。在實驗室在未配備氧氮分析儀或設備故障的情況下，采用該實驗方法可以對鈦合金中氮含量進行準確測定。