标题水蒸气蒸馏－纳氏试剂分光光度法测定钛合金中氮含量的应用方案

水蒸气蒸馏－纳氏试剂分光光度法测定钛合金中氮含量的应用方案

引言：

钛是近代逐步发展起来的一种结构金属材料，钛合金是以钛为基础元素加入其他元素组成的合金，其具有耐蚀、耐热性能好、强度高和生物相容性好等优点，优异的性能被应用于航空发动机结构件、阻燃钛合金研究、医用金属材料。氧、氮一般固溶于钛合金中，其含量增加会导致钛合金的强度及硬度增加，但是塑性及韧性降低一般被认定为杂质元素，在国标公布的钛合金牌号中均对其含量有一定限制。目公布的国家及行业标准中对于钛合金中氮含量测试方法有: 惰性气体熔融－热导法，氢氟酸消解蒸馏分离－奈斯勒(纳氏)试剂分光光度法，盐酸和氢氟酸消解水蒸气蒸馏－滴定法。本文使用硫酸溶液消解样品后，碱化溶液，通过水蒸气蒸馏分离、收集氨氮，经纳氏试剂显色后，利用紫外－可见分光光度计测定氨氮含量，从而计算得到样品中的氮含量。

一、实验部分

1.1仪器与试剂

仪器:UV-1700紫外可见分光光度计，水蒸气蒸馏装置

试剂:硫酸(GR，广州化学试剂厂)：0.5% 硫酸溶液: 移取1.276mL硫酸(GR)缓慢滴加于100mL去离子水中，再转移250mL玻璃容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。GSB04－2832-2011氨氮标准溶液( 1000 μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心) 氢氧化钠( GR，天津市大茂化学试剂厂)

氢氧化钠溶液: 称取 125 g 氢氧化钠于 200 mL 去离子水中，加入数粒锌粒，加入煮沸3~5min，取下冷却至室温，将加入的锌粒捞出，用去离子水稀释至250mL塑料瓶中，混匀待用。

纳氏试剂: 称取8.0g氢氧化钠固体，溶于25mL水中待用; 分别称取3.5g碘化钾和碘化汞一起溶于水中，并在搅拌中缓慢地加入到配制的氢氧化钠溶液中，用去离子水稀释至50mL，于棕色瓶中密封保存。(也可用经检验合格的市售纳氏试剂)
1.2实验方法

1.2.1样品消解

试样准确称取0.500g ( 精确至0.0001g)( 若试样为工业纯钛需加大称样量)，置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入25mL硫酸溶液(1+1)，盖上表面皿，加热消解完全，趁热滴加数滴硝酸，继续加热至溶液无色，取下冷却。

1.2.2水蒸气蒸馏

于无氨环境下接好水蒸气蒸馏装置，捡漏合格后，用去离子水蒸馏冲洗三遍以上。将测试液转入凯式定氮瓶中，用去离子水冲洗表面皿和杯壁。再依次加入数粒沸石、20mL氢氧化钠溶液、适量去离子水至总体积约140mL。加热蒸馏，接收装置为用盛有5mL0.5 %硫酸溶液的100mL比色管。馏出约70mL时，降低比色管，继续蒸馏出约5mL后停止，依次加入3mL氢氧化钠溶液、2mL纳氏试剂，稀释至100mL，摇匀。随同做空白试验。

1.2.3标准工作曲线配置

取5mL氨氮标准溶液，定容稀释至100mL玻璃容量瓶中，充分摇匀，得到的即为100μg/mL氨氮标准溶液。再取6个100mL玻璃容量瓶，依次加入配置好的氨氮标准溶液0,0.25,0.5,2.0,5.0mL，再分别加入5mL 0.5%硫酸溶液、3mL氢氧化钠溶液、2mL纳氏试剂，用去离子水定容、摇匀。得到0,0.25,0.5,2.0,5.0mg/L的系列标准工作曲线。通过紫外－可见分光光度计在420nm波长处测试吸光度; 以氨氮浓度做横坐标，吸光度做纵坐标，绘制标准工作曲线，见图1。

图 1 氨氮浓度与吸光度曲线

二、结果与讨论

2.1标准样品测试结果

      取实验室标准样品TC4 ( 标准物质编号GBW（E）020034a)，按上述实验方法测试六次，结果如表1所示。

 2.2加标回收测试结果

称取高纯钛0.500g( 精确值0.0001g)，加入氨氮标准溶液，以不加标的试液做空白，按上述测试方法消解并水蒸气蒸馏收集、纳氏试剂显色测试。得到测试结果及回收率见表2。

以表 2 实验结果可知，该方法加标回收率在97.1 %~101.9% 之间。

2.3精密度试验

以2.0 mg/L加标样作测试样，重复测试10次，得到测试精密度，结果见表3。

由表3 知，S=0.016 mg/L，ＲSD=0.82 % ，精密度可满足分析测试要求。

三、结束语

选用硫酸溶液消解钛合金样品后，加氢氧化钠溶液碱化试液，再通过水蒸气蒸馏分离、收集氨氮，碱性条件下纳氏试剂显色后，利用紫外-可见分光光度计测试。测试回收率在97.1%~101.9%，RSD=0.82%，能够满足产品分析的准确性要求。在实验室在未配备氧氮分析仪或设备故障的情况下，采用该实验方法可以对钛合金中氮含量进行准确测定。