水蒸气蒸馏-纳氏试剂分光光度法测定钛合金中氮含量

洪诗强，陈 猛，王嘉子

(1. 深圳市美信分析技术有限公司，广东 深圳 518108；2. 深圳市美信检测技术股份有限公司，广东 深圳 518108)

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[1]公布的钛合金牌号中均对其含量有一定限制。目前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[2]，氢氟酸消解蒸馏分离 - 奈斯勒(纳氏)试剂分光光度法[2]，盐酸和氢氟酸消解水蒸气蒸馏 - 滴定法[3]。

本文使用硫酸溶液消解样品[4]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。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器：UV-5200 型紫外-可见分光光度计(上海元析仪器有限公司)

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1.276 mL 硫酸(GR)缓慢滴加于100 mL去离子水中，再转移250 mL玻璃容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。

GSB 04-2832-2011 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 250 mL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100 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入25 mL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、20 mL 氢氧化钠溶液、适量去离子水至总体积约140 mL。加热蒸馏，接收装置为用盛有5mL 0.5 % 硫酸溶液的100 mL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3 mL氢氧化钠溶液、2 mL纳氏试剂，稀释至100 mL，摇匀。随同做空白试验。

1.2.3 标准工作曲线配置

取5 mL氨氮标准溶液，定容稀释至100 mL玻璃容量瓶中，充分摇匀，得到的即为100 μg/mL氨氮标准溶液。

再取6个100 mL玻璃容量瓶，依次加入配置好的氨氮标准溶液0，0.25，0.50，1.0，2.0，5.0 mL，再分别加入5 mL 0.5 % 硫酸溶液、3 mL氢氧化钠溶液、2 mL纳氏试剂，用去离子水定容、摇匀。得到0 ,0.25 ,0.5 ,1.0 ,2.0,5.0 mg/L的系列标准工作曲线。

通过紫外-可见分光光度计在420 nm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

2 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。

表1 标准样品测试结果

表1(续)

由表1看出，TC4标准样品氮元素测定结果与认定值吻合。

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。

表2 加标回收测试

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。

表3 精密度测试

3 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。