甲基百里香酚蓝分光光度法测定铝合金中锌的含量

2021-12-16金文斌

理化检验-化学分册 2021年12期

金文斌,赵鑫

(南通职业大学化学与生物工程学院,南通 226007)

铝合金是工业、生活中广泛应用的金属材料,锌是铝合金中的重要微量元素之一,在铝中加入锌等金属元素,会对铝合金产生明显的强化作用,因此准确测定铝合金中锌的含量具有重要意义。

目前测定锌的方法主要有原子吸收光谱法[1-3]和分光光度法[4-5],其中分光光度法简便、快速、灵敏度高,已用于头发中锌[6]、食盐中锌[7]、铁观音茶中锌[8]、尿中锌[9]的测定。甲基百里香酚蓝作为显色剂已用于铅的测定[10],但其作显色剂测定锌未见报道。本工作在邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠缓冲溶液中,以阿拉伯树胶和聚乙烯醇为混合增敏剂,锌(Ⅱ)与甲基百里香酚蓝形成稳定的朱砂红色配合物,以柠檬酸钠、酒石酸钾钠为混合掩蔽剂,直接用于铝合金中微量锌的测定,建立了测定铝合金中锌含量的显色光度法,结果令人满意。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

UV-1800PC 型紫外-可见分光光度计;PB-10型pH 计。

锌(Ⅱ)标准储备溶液:1.000 g·L－1,称取1.000 g锌粉(纯度99.99%)于烧杯中,加入50%(体积分数)盐酸溶液30 mL,溶解,用水定容至1 L 容量瓶中。

锌(Ⅱ)标准溶液:10.00 mg·L－1,移取10.00 mL锌(Ⅱ)标准储备溶液,用水稀释并定容至1 L。

甲基百里香酚蓝乙醇溶液:1 g·L－1。

混合增敏剂:10 g·L－1阿拉伯树胶溶液和10 g·L－1聚乙烯醇溶液按体积比2∶1混合配制。邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠缓冲溶液:pH 5。

混合掩蔽剂:取酒石酸钾钠、柠檬酸钠各1 g,加水稀释至1 L。

铜试剂:1 g·L－1。

所用试剂均为分析纯;试验用水为去离子水。

1.2 试验方法

1.2.1 标准溶液的测定

取一定量的锌(Ⅱ)标准溶液,依次加入pH 5的邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠缓冲溶液1.5 mL,1 g·L－1甲基百里香酚蓝乙醇溶液4 mL,混合增敏剂2 mL,加水稀释至25 mL 容量瓶中,摇匀,溶液静置5 min后体系吸光度达最大值且稳定。在波长520 nm 处,用0.5 cm 的比色皿,以试剂空白(不加锌溶液,按照显色反应相同条件加入其他试剂和水作为试剂空白)为参比,测定体系的吸光度。

1.2.2 样品的测定

称取0.100 g铝合金样品于烧杯中,加入5 mL 30%(质量分数)氢氧化钠溶液,4 滴30%(质量分数)过氧化氢溶液,加热溶解,加1 mL 50%(体积分数)硝酸溶液,加热至近干,加水5.0 mL 溶解,定容至50 mL容量瓶中。移取适量试液于25 mL 容量瓶中,加入混合掩蔽剂1 mL,1 g·L－1的铜试剂1 mL,后续按1.2.1节测定。

2 结果与讨论

2.1 检测波长的选择

试剂空白和配合物的吸收光谱如图1所示。

由图1 可知,试剂空白的最大吸收峰位于440 nm 处,锌(Ⅱ)与甲基百里香酚蓝的配合物的最大吸收峰位于520 nm 处,说明配合物与显色剂之间的颜色差异大,因此试验选择520 nm 为检测波长。

2.2 缓冲溶液及其用量的选择

试验考察了分别以乙酸-乙酸钠、邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠等作为缓冲溶液时对体系吸光度的影响,结果见图2。

由图2可知,以pH 4～6的邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠为缓冲溶液时,显色体系稳定且吸光度较大。

试验进一步考察了pH 5的邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠缓冲溶液的用量对体系吸光度的影响。结果表明,当pH 5的邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠缓冲溶液用量为1.5～2.5 mL 时,显色体系吸光度大且相对较稳定。试验选取pH 5的邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠缓冲溶液的用量为1.5 mL。

2.3 显色剂用量的选择

锌(Ⅱ)与显色剂甲基百里香酚蓝室温下显色生成朱砂红色配合物,试验考察了显色剂用量(加入1 g·L－1甲基百里香酚蓝乙醇溶液1,2,3,4,5,6 mL)对体系吸光度的影响。结果表明,显色剂用量为4～5 mL时,配合物的吸光度较大。试验选取显色剂1 g·L－1甲基百里香酚蓝乙醇溶液的用量为4 mL。

2.4 增敏剂及其用量的选择

试验考察了非离子表面活性剂1%(体积分数,下同)曲拉通-100溶液、阳离子表面活性剂10 g·L－1氯代十六烷基吡啶(CPB)溶液和由阿拉伯树胶与聚乙烯醇组成的混合物作为增敏剂对体系吸光度的影响,结果见图3。

图3 增敏剂对体系吸光度的影响Fig.3 Effect of sensitizer on absorbance of system

由图3可知,混合增敏剂较1%曲拉通-100溶液和10 g·L－1CPB溶液的增敏性好;当混合增敏剂用量在2 mL 时,体系吸光度较大且趋于稳定。因此,选取2 mL混合增敏剂进行试验。

2.5 干扰试验

铝合金中除锌外,Ti4＋、Fe3＋与显色剂也发生配合反应,进而干扰锌的测定。试验发现:加入混合掩蔽剂可掩蔽Ti4＋、Fe3＋的干扰;加入1.0 mL混合掩蔽剂,测定0.5 mg·L－1锌(Ⅱ)标准溶液,相对误差的绝对值不超过5%时,共存离子的允许量(以g·L－1计)为:10 g·L－1的Na＋、K＋、Mg2＋、Ca2＋、NO3－、柠檬酸根、酒石酸根,0.6 g·L－1的Ti4＋、Pb2＋、Ni2＋、Mn2＋、Fe3＋,0.3 g·L－1的Si4＋,0.01 g·L－1的Cu2＋;加入1 g·L－1的铜试剂1 mL,Cu2＋允许量可增加到原来的10倍以上。

2.6 标准曲线与检出限

准确称取锌(Ⅱ)标准溶液0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5 mL于一组25 mL容量瓶中,配制成质量浓度为0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4 mg·L－1的锌(Ⅱ)标准溶液系列,按照试验方法对锌(Ⅱ)标准溶液系列进行显色反应,测定吸光度。以锌(Ⅱ)的质量浓度为横坐标,对应的吸光度为纵坐标绘制标准曲线。结果表明:锌(Ⅱ)的质量浓度在1.4 mg·L－1内与其对应的吸光度呈线性关系,线性回归方程y＝6.500×10－1x＋1.000×10－2,相关系数为0.9990,表观摩尔吸光系数为7.4×104L·mol－1·cm－1。

对空白溶液平行测定6次,以3倍的标准偏差(s)与标准曲线斜率(k)的比值计算方法的检出限(3s/k),结果为0.016 mg·L－1。