王洁（天津津滨石化设备有限公司，天津 300271）

分光光度法在金属材料化学分析中的应用

王洁（天津津滨石化设备有限公司，天津 300271）

在工业生产和石化建设中离不开金属材料，金属材料性能和种类的不同，应用的方向也会随之不同。化学元素含量是金属材料性能和质量的重要指标，可以通过多种方法进行分析和测定，其中化学分析是最主要的元素检测手段。化学分析的基本方法有重量分析法、滴定分析法和分光光度法，目前应用于理化实验室检测中最重要的是可见分光光度法。

分光光度法；金属材料；朗伯-比尔定律；磷含量的测定

1 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。

(4)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。

2 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722型和723型。

3 实验举例

(1)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，检测范围质量分数在0.01%～0.06%。

(2)主要仪器、实验方法和实验原理

主要仪器为723N型分光光度计，检测方法为分光光度法，磷在硫酸介质中能与锑、钼酸铵生成黄色络合物，用抗坏血酸将锑磷钼黄还原成锑磷钼蓝，在波长700nm处，用分光光度计测其吸光度。

(3)实验步骤

称取0.2000g试样两份（其中一份为平行试样）及选定标钢分别置于150ml烧杯中，加10ml盐硝混酸（2+1），加热溶解，加8ml高氯酸蒸发至冒高氯酸烟，至烧杯内部透明并回流3min～4min，继续蒸发至湿盐状，冷却，加10ml硫酸（1+5）溶解盐类，滴加亚硝酸钠溶液（100g/ml）将铬还原至低价并过量1滴～2滴，煮沸去除氮氧化物，冷却至室温，移入100ml容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。移取标钢及两份试样各10ml，分别置于25ml容量瓶中。

显色溶液：加2.0ml硫酸（1+5），0.3ml酒石酸锑钾溶液（2.7g/l），2ml淀粉溶液（10g/l），2ml抗坏血酸溶液（30g/l），加

5.0 ml钼酸铵溶液（20g/l）。用水稀释至刻度，混匀。

参比溶液：不加钼酸铵溶液，其它同显色液。

在20℃～30℃放置10min，在波长700nm处，用2cm比色皿测其吸光度。

(4)工作曲线的绘制

选定标钢均为冶金部标准样品，生产商为山东省冶金科学研究院，标准物质编号分别为YSB C 28165-95、YSB C 28166-95、YSB C 28162-95、YSB C 28170-95、YSB C 28172-95，标钢磷含量及其吸光度见表一，工作曲线见图二。

表一：

测出待测样品的吸光度，从而得知待测样品浓度，见表二

表二：

(5)干扰物的影响及消除

3.5.1 、如试样含砷，可在蒸发至刚冒高氯酸烟后，稍冷，加10ml氢溴酸-盐酸混合酸（1+2）挥砷，加热至冒高氯酸烟，再加5ml氢溴酸-盐酸混合酸挥砷一次，继续蒸发至冒高氯酸烟。（此方法为国标的方法，某些实验室经常采用在显色前加入适量的硫代硫酸钠，用硫代硫酸钠作为掩蔽剂消除砷的干扰，此方法经实验验证准确有效。）

3.5.2 、若试样中铬大于5mg，需将铬氧化至六价后，分次滴加盐酸挥铬。

3.5.3 、若试样中锰含量大于2%，则需多加3ml～4ml高氯酸，回流时间应在15min～20min。

(6)对显色反应的要求

显色反应加入钼酸铵时不要使钼酸铵溶液粘附在瓶壁上，应从容量瓶口中间加入，粘附在瓶壁上的钼酸铵马上用水冲洗，否则瓶壁上的钼酸铵因为酸度低，将被还原成蓝色，造成测量误差。

4 标准的偏离

GB/T223.59-2008中使用的是磷的标准溶液建立工作曲线，而此处则用标钢代替标准溶液建立工作曲线（根据实验室具体情况选择使用标钢或标准溶液），经技术分析，实验验证确认该偏离对实验结果的准确性不会产生影响。

5 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。

[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.