鄒龍，劉榮麗, *，易師，徐拓

（1.湖南稀土金屬材料研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410126；2.湖南稀土新能源有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410126）

鎳鍍層因具有良好的物理化學(xué)性能而獲得了廣泛的工業(yè)應(yīng)用，與之相應(yīng)的鍍鎳工藝的研究一直是電鍍領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。筆者所在公司的釹鐵硼鍍鎳液工藝的鍍液配方及條件為：硫酸鎳250 g/L，硼酸30 g/L，氯化鈉15 g/L，溫度35 °C，pH 3.5[1]。銅和鐵是鎳鍍液中經(jīng)常遇到的有害雜質(zhì)，當(dāng)鍍液中鐵和銅含量分別超過50 mg/L時(shí)，易導(dǎo)致鍍層結(jié)合力差，且低電流密度區(qū)鍍層粗糙[2]。

對(duì)于溶液中雜質(zhì)鐵和銅的測(cè)定，一般采用比色法和電化學(xué)法。如陳燁璞等[3]研究了鍍鎳液中微量鐵的測(cè)定方法。采用5-溴水楊基熒光酮(5-BSAF)為顯色劑，在pH 5.0 ~ 6.0 的介質(zhì)中，選擇波長(zhǎng)605 nm 處進(jìn)行比色分析，可測(cè)定鍍鎳液中微量鐵。許家園等[4]根據(jù)鍍鎳液中Cu2+在鉑電極上電化學(xué)還原特性，提出了Cu2+濃度的電化學(xué)測(cè)定方法。

上述所用方法操作復(fù)雜，所用化學(xué)試劑不常見且檢測(cè)耗時(shí)較長(zhǎng)，不能滿足生產(chǎn)過程中快速準(zhǔn)確分析的要求。電感耦合等離子發(fā)射光譜法(ICP-OES)具有檢出限低，精確度好，基體干擾小，線性范圍寬，且可進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)[5]。本文通過對(duì)干擾試驗(yàn)和加標(biāo)回收及精密度試驗(yàn)的研究，確定了電感耦合等離子發(fā)射光譜法測(cè)定鍍鎳液中雜質(zhì)鐵和銅的檢測(cè)條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電感耦合等離子發(fā)射光譜法測(cè)定鍍鎳液中雜質(zhì)鐵和銅，快速、準(zhǔn)確，能夠滿足當(dāng)前科研、生產(chǎn)的需要。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要儀器及工作條件

ICP-OES 700 型全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國(guó)安捷倫公司)。

發(fā)射功率1.0 kW，等離子氣流量15.0 L/min，輔助氣流量1.50 L/min，霧化器壓力200 kPa，觀測(cè)高度10 mm，一次讀數(shù)時(shí)間5 s，儀器穩(wěn)定延時(shí)15 s，進(jìn)樣延時(shí)30 s，泵速15 r/min，清洗時(shí)間10 s。

1.2 主要試劑

鐵和銅標(biāo)準(zhǔn)貯存溶液：分別稱取1.000 0 g 高純鐵粉(99.98%)和純銅(99.999%)，置于一組500 mL 燒杯中，蓋上表面皿，加入20 mL(1+1)硝酸，加熱至完全溶解，煮沸驅(qū)除氮氧化物，冷卻后移入1 000 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。1 mL 此溶液含1 000 μg 鐵和銅。

鎳基體溶液：稱取30 g 高純鎳(99.98%)，置于500 mL 燒杯中，蓋上表面皿，加入140 mL 鹽酸(1+1)，加熱至鎳完全溶解，煮沸去除氮氧化物，冷卻后移入200 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。1 mL 此溶液含150 mg 鎳。

硼酸基體溶液：稱取2 g 高純硼酸(99.98%)，置于500 mL 燒杯中，蓋上表面皿，加入150 mL 鹽酸(1+1)，加熱至鎳完全溶解，煮沸驅(qū)除氮氧化物，冷卻后移入200 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。1 mL 此溶液含10 mg 硼酸。

氯化鈉基體溶液：稱取15 g 氯化鈉(99.98%)，置于500 mL 燒杯中，蓋上表面皿，加入150 mL 純水，加熱至氯化鈉完全溶解，煮沸驅(qū)除氮氧化物，冷卻后移入200 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。1 mL 此溶液含75 mg 氯化鈉。

用逐步稀釋法配制其他濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

鹽酸( ρ = 1.19 g/mL)、硝酸均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

1.3 樣品的測(cè)量

鍍鎳原液基體濃度較大，將原液稀釋一定倍數(shù)，有利于提高抗基體干擾能力。本方法將鍍液稀釋5 倍，其含鐵、銅量正好在工作曲線的線性范圍內(nèi)。移取10 mL 鍍液，入50 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，按選定的工作條件，以高低標(biāo)溶液對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，測(cè)量樣品中各元素的質(zhì)量濃度(mg/L)。化學(xué)法測(cè)定鍍鎳液中的銅是采用乙二胺四乙酸(EDTA)掩蔽鎳離子和鐵離子，銅試劑與Cu2+生成黃棕色配合物，用分光光度法在波長(zhǎng)450 nm 處測(cè)定?；瘜W(xué)法測(cè)定鍍鎳液中的鐵是采用5-溴水楊基熒光酮(5-BSAF)、十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)與Fe3+形成三元配合物進(jìn)行比色測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析線的選擇

由于ICP 放電具有較強(qiáng)的激發(fā)和電離能力，因而有較豐富的原子譜線和離子譜線，當(dāng)樣品中含有濃度較大的具有多線光譜的元素時(shí)更是如此。多線光譜元素的譜線重疊(中心重疊和兩翼重疊)是ICP 光譜法中最主要的光譜干擾之一[6]。

由于樣品中共存元素較多，因此在選擇分析線時(shí)應(yīng)盡可能選擇靈敏度較高且共存元素干擾小的譜線。鎳鍍液中除鐵、銅外，共存元素主要為Ni、K、Na、B、Zn、Nd，采用1 mg/L 上述單元素溶液分別在鐵的238.204、259.940、234.350 和239.563 nm 譜線以及銅的327.395、324.754、213.598 和224.700 nm 譜線附近的窗口范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，從掃描圖上觀察鍍鎳液中常見共存元素的譜線干擾。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鐵譜線259.940 nm 及銅譜線327.395 nm 不受共存元素干擾，且其靈敏度也較高，因此選擇它們進(jìn)行測(cè)定。

2.2 校準(zhǔn)曲線

加入相應(yīng)元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按試驗(yàn)方法處理，配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，以質(zhì)量濃度(ρ)對(duì)譜線強(qiáng)度(Ι)繪制校準(zhǔn)曲線，結(jié)果見表1。由表1 可看出，各元素在測(cè)試含量范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系。

表1 校準(zhǔn)曲線的線性回歸方程Table 1 Linear regression equations for calibration curves

2.3 基體元素的干擾

基體元素對(duì)待測(cè)元素會(huì)產(chǎn)生較高的背景干擾。鍍鎳液中的基體主要為硫酸鎳(250 g/L)和硼酸(30 g/L)。為確定基體是否對(duì)銅及鐵元素的測(cè)定產(chǎn)生背景干擾，進(jìn)行了如下試驗(yàn)：取8 份含鐵和銅均為10 mg/L 的溶液，分別加入硫酸鎳0、10、25、50 g/L，硼酸0、2、4、8 g/L。在儀器測(cè)定條件下，測(cè)量結(jié)果見表2。從表2 可看出，當(dāng)基體硫酸鎳的質(zhì)量濃度小于50 g/L(即原液中小于375 g/L)，硼酸的質(zhì)量濃度小于8 g/L(即原液中小于40 g/L)時(shí)，它們對(duì)待測(cè)元素的背景干擾可忽略不計(jì)。

表2 鍍鎳液中主要組分的干擾試驗(yàn)Table 2 Test with the interference of the constituents of nickel plating bath

2.4 樣品分析

取4 個(gè)鐵、銅含量不同的鍍鎳液，在確定的工作條件下，用ICP-AES 測(cè)定樣品溶液中鐵、銅含量，同時(shí)進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)和不同方法的對(duì)照試驗(yàn)，結(jié)果見表3。由表3 可知，本方法Fe 的回收率在98.8% ~ 102%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.13% ~ 4.18%之間，Cu 的回收率在90% ~ 107%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.14% ~ 5.04%之間。該測(cè)定方法與化學(xué)法的測(cè)定結(jié)果基本一致，說明其準(zhǔn)確、可行。

表3 不同鍍鎳液樣品中鐵、銅的測(cè)定結(jié)果Table 3 Results for the determination of Fe and Cu in different nickel plating bath samples

3 結(jié)論

通過將鍍鎳原液稀釋5 倍，消除基體對(duì)測(cè)定元素的影響，電感耦合等離子體發(fā)射光譜法可實(shí)現(xiàn)釹鐵硼鍍鎳液中鐵和銅的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)。本方法能夠滿足生產(chǎn)過程中快速檢測(cè)的需要。

[1] 潘秉鎖, 楊洋, 楊凱華.稀土添加劑對(duì)鍍鎳液性能的影響[J].材料保護(hù), 2005, 38 (4): 9-11.

[2] 曾華梁, 吳仲達(dá), 陳鈞武, 等.電鍍工藝手冊(cè)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1989: 112-124.

[3] 陳燁璞, 陸潛秋, 周軍, 等.鍍鎳液中微量鐵測(cè)定的研究[J].無錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào), 1996, 15 (3): 230-233.

[4] 許家園, 周紹民.鍍鎳液中Cu2+濃度的快速測(cè)定[J].材料保護(hù), 1992, 25 (5): 38-40.

[5] 辛仁軒.等離子體發(fā)射光譜分析[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005: 114-178.

[6] 陳新坤.電感耦合等離子體光譜原理和應(yīng)用[M].天津: 南開大學(xué)出版社, 1987: 43-44.