曾 茵，刘云贵 ，龙安禄 ，朱绍严 ，龙尚俊

(贵州省分析测试研究院 ，贵州省检测技术研究应用中心 ，贵州 贵阳 550014)

0 引言

铝合金因其具有塑性好、易于成形、比强度和比刚度高等特点，广泛应用于食品、建材、航空航天等领域，为了改善和优化铝合金的组织和性能，常常加入一些微量元素。铋元素是低熔点金属，它在铝中固溶度不大，略降低合金强度，能改善基体的加工性能，提高某些铸造铝合金的强度及改善切削性能，铋在凝固过程中膨胀，对补缩很有利。但金属铋具有一定微毒性，因此，控制铋在铝合金中的加入量是十分必要的。

现存的相关检测标准《变形铝及铝合金化学成分》GB/T 3190-2008中铋含量在0.20%～0.6%，《铝中间合金》GB/T 27677-2017中有AlBi3、AlBi5、AlBi10三个牌号，铋含量在2.7%～11.0%，且对应的 《铝及铝合金化学分析方法》GB/T20975-2008中却没有检测铝合金中铋含量的方法[1-3]。实际工作中，检测铝及铝合金中的铋含量，主要参照《铝中间合金化学分析方法 第9部分：铋含量的测定 碘化钾分光光度法》YS/T 807.9-2012和相关学者发表的论文描述的方法进行检测[4]。YS/T807.9-2012中的检测范围为1%～11%，而将其应用于铝及铝合金中低含量铋检测时，检测范围颇受限制，目前，测定铋含量的方法主要有原子荧光光谱法[5]、火焰原子吸收光谱(AAS)法、分光光度法和EDTA滴定法等，但这些方法所测定的铋含量基本都在1%以上，基于此，本文在原有基础上利用分光光法来测定铝合金中低含量的铋。

1 实验部分

1.1 仪器设备与试剂

主要仪器：S22pc型可见分光光度计，上海棱光技术有限公司，比色皿1 cm。

主要试剂：氢氧化钠溶液，30%； 硝酸溶液(1+1)；浓硫酸；稀硫酸溶液(1+5)；硫脲，优级纯(1+1)；尿素溶液，5 g/L；碘化钾溶液，200 g/L：准确称取20 g碘化钾和2 g抗坏血酸，溶于100 mL水中，临用时配制；硫脲溶液100 g/L：配制后有浑浊现象，用滤纸过滤；铋标准溶液：准确称取0.5 g(精确至0.1 mg)金属铋置于300 mL烧杯中，加入25 mL硝酸(1+1)，盖上表皿，缓慢加热溶解完全，冷却至室温，移入500 mL容量瓶中[预先加入25 mL硝酸(1+1)]，用水稀释至刻度，摇匀。用25.00 mL移液管准确移取该溶液于250 mL容量瓶中[预先加入25 mL硝酸(1+1)]，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液1 mL含0.10 mg铋，配制成浓度为0.1 mg/mL的标准溶液。本实验所用试剂除硫脲、硫酸为优级纯以外，其他均为分析纯，水为蒸馏水。

1.2 试验方法

称取铝合金试样0.5 g(精确至0.1 mg)于聚四氟乙烯烧杯中，加入10 mL氢氧化钠溶液(30%)，剧烈反应停止后，加热使样品完全溶解，取下冷却，加入25 mL硝酸(1+1)，加热使盐类溶解使溶液澄清，加尿素(5 g/L)约1 mL，加(1+6)硫酸20 mL，加热煮沸，使能与硫酸根离子沉淀的金属离子沉淀完全，冷却。将溶液转移至100 mL容量瓶中，用蒸馏水定容，摇匀。静置溶液，使上层溶液澄清，用滤纸过滤。移取溶液10 mL于100 mL容量瓶中，加入(1+1)硫酸15 mL，加入适量的水，加入硫脲溶液及碘化钾溶液各10 mL，以蒸馏水定容，摇匀，放置15 min。分取部分试液于10 mm比色皿中，在波长为464 nm处的分光光度计上比色，测定其吸光度，以水为参比，并随同试样做空白试验。

2 结果与讨论

2.1 最佳波长的考察

任意选取4、6 mL的标准溶液(0.1 mg/mL)为研究对象，以2 nm波长为刻度，按照1.2试验方法进行实验，分别于454～474 nm的波长段测定其吸光度，结果如图1所示。由图1可知，当波长为464 nm时，吸光度最佳，因此，本方法选择464 nm作为分析波长。

图1 波长对Bi吸光度的影响

2.2 硫酸溶液用量的考察

硫酸溶液用量的选择以体积为4、6 mL的标准溶液为研究对象，分别加入硫酸溶液8、10、12、 15、18、20、22 mL，按照1.2试验方法进行实验，测定硫酸溶液体积对Bi吸光度的影响，结果见图2。

由图2可知，当硫酸溶液用量<10 mL时，溶液的吸光度有上升趋势，继续增加硫酸溶液的用量，当硫酸溶液用量>15 mL时，吸光度变化不大，因此，本试验选择硫酸溶液用量为15 mL。

2.3 硫脲及碘化钾溶液用量的考察

硫脲及碘化钾溶液用量的选择以4、6 mL的标准溶液为研究对象，分别加入硫脲溶液5、6、7、 8、9、10、11、12、13、14、15 mL，按照1.2试验方法进行实验，测定硫脲及碘化钾溶液体积对吸光度的影响，结果如图3、4所示。

图2 硫酸溶液体积对Bi吸光度的影响

图3 硫脲溶液体积对Bi吸光度的影响

图4 碘化钾溶液体积对Bi吸光度的影响

由图3、4可知，当硫脲及碘化钾溶液用量达到10 mL时，溶液的吸光度趋于稳定，继续增加硫脲及碘化钾溶液的用量，吸光度变化不大，因此，本试验选择硫脲溶液及碘化钾用量均为10 mL。

2.4 显色时间的考察

选择用量为4、6 mL的标准溶液为研究对象，按照1.2试验方法进行实验，各组溶液分别静置8、10、15、20、25、30、35、40 min，测定显色时间对吸光度，结果如图5所示。

图5 显色时间对Bi吸光度的影响

由图5可知，当显色时间为10 ～15 min时，吸光度达到最大，当继续延长显色时间，吸光度趋于稳定，因此，本实验显色时间选择15 min。

2.5 共存离子的影响

铝合金中大量与Bi共存的离子有Cu2+、Cr7+、Zn2+、Pb2+、Mg2+、Mn2+等，通过加入相对量的这些元素实验可知，这些离子对测定铋没有干扰，而铝合金中的其他元素含量很低，对测定也无干扰。

2.6 工作曲线的建立

取数只100 mL的容量瓶，分别移取浓度为0.10 mg/mL铋标准溶液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，加入适量的水，加入硫脲溶液及碘化钾溶液各10 mL，以蒸馏水定容，摇匀，放置15 min。在464 nm处测其吸光度，以吸光度(A)为纵坐标，铋的质量(mg)为横坐标绘制标准工作曲线见图6。

2.7 样品结果计算

将1.2中测得的样品的吸光度代入1.3的工作曲线，求得样品中铋的质量m(mg)，代入下列计算式中求出铝合金中铋的含量：

图6 Bi标准曲线

式中：ω，铋的含量，%；m，从标准工作曲线上查得的铋质量，mg；m′，样品质量，g；f，分取比例。

2.8 样品分析、精密度及加标回收试验

随机购买不同品牌的1#、2#、3#样品，按照1.2的实验方法进行测定，计算结果。每个样品重复测试6次，，并同时做加标回收试验，见表2：

表2 样品分析及加标回收试验(n=6)

由表1可知：本法的RSD为0.7%～4.5%，回收率为92.8%～104.9%，精密度满足分析试验要求。因此在检测铝合金中较低含量的铋时，本法具有显著的优越性及可操作性。

3 结语

实验表明，样品在碱溶液中溶解后，酸化得到澄清溶液，采用碘化钾分光光度法，讨论了波长，显色时间、试剂用量及干扰因素对测定结果的影响，本方法(RSD)为0.72%～4.5%，加标回收率在92.8%～104.9%，方法操作简单，准确度高，对用于测定铝合金中铋的含量，特别是低浓度铋的含量具有较高的准确性高，为测定铝合金中低含量的铋提供方法参考。