一種同時測定合金中鎂、鋅含量的方法及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種同時測定合金中鎂、鋅含量的方法，包括步驟：A、用酸溶解合金，獲得第一溶液；B、將所述第一溶液配制成鎂鋅離子水溶液；C、取所述鎂鋅離子水溶液作為滴定樣品，并向所述滴定樣品中依次加入NH4Cl?NH3·H2O緩沖溶液和鉻黑T指示劑，使所述滴定樣品的pH保持為9～11，并搖勻獲得滴定溶液；D、采用EDTA?2Na水溶液滴定所述滴定溶液，直至所述滴定溶液的顏色由酒紅色突變?yōu)樘烨嗌?，停止滴定，記錄所述EDTA?2Na水溶液的體積用量；E、計算所述合金中鎂、鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。根據(jù)本發(fā)明的方法快速簡單，且測定時間短。
【專利說明】
一種同時測定合金中鏌、鋅含量的方法及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于合金成分分析技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種同時測定合金中鎂、鋅含 量的方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 純鎂不能用作結(jié)構(gòu)材料，必須通過合金化和工藝優(yōu)化來進行改性。作為鎂合金的 兩大主要合金化元素之一，鋅元素對鎂合金的強化作用十分顯著。Zn對鎂合金的主要影響 有：（l)Zn能固溶于鎂合金中，對鎂合金起到固溶強化作用，加入的Zn也可同時增加鎂合金 中其它元素的固溶度，進而提高其它元素的固溶強化作用；（2)Zn在鎂合金中與其它元素形 成高熔點化合物，可改善鎂合金的高溫力學(xué)性能，尤其是抗蠕變性能；（3)Zn的加入能夠去 除鎂合金中的某些雜質(zhì)，提高鎂合金的耐腐蝕性能。
[0003] 鋅具有與鎂相同的晶體結(jié)構(gòu)，且二者原子半徑相近，易形成連續(xù)固溶體，同時鎂鋅 合金熔點低，其中的鋅可作為鎂電解工藝中的液態(tài)陰極，實現(xiàn)鎂鋅合金的低能耗、低成本熔 鹽電解。鋅含量的不同對合金性能影響很大，因此快速準(zhǔn)確測定鎂鋅合金中的鎂、鋅等成分 的含量對鎂鋅合金的制備具有重要意義。
[0004] 目前，鎂鋅合金的樣品中鎂、鋅的含量測定，主要采用電位滴定法。《銅離子選擇電 極絡(luò)合滴定法分步滴定鋅和鎂》（中南民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，29( 1):32-35) - 文報導(dǎo)了鋅、鎂的連續(xù)滴定方法，以H)TA為滴定劑，Cu-EDTA為置換劑，銅離子選擇電極為指 示電極，通過控制氨的用量來調(diào)節(jié)鋅-氨絡(luò)合，可對鎂、鋅進行分步電位滴定。但上述電位滴 定法本身存在缺陷，電位滴定鋅的終點易出現(xiàn)拖延而導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)；同時，滴定過程中加入 了置換劑，加入的試劑較多，需要的分析時間也較長。另外，在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)采用滴定法測 定鎂鋅合金的樣品中鎂、鋅的含量時，一般二者不可在同一 pH范圍下進行滴定，需要在滴定 中途進行pH的調(diào)整，如此為測定帶來不便。
[0005] 鎂鋅合金中的鎂、鋅的含量還可以采用原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法和電感 耦合等離子光譜法等方法進行測定，但這些測定方法均需購買昂貴的儀器設(shè)備；同時，上述 測定方法適用于微量分析，當(dāng)其應(yīng)用常量分析時，分析誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種同時測定合金中鎂、鋅含量 的方法，該方法快速簡單，且測定時間短。
[0007] 為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：
[0008] -種同時測定合金中鎂、鋅含量的方法，包括步驟:A、用酸溶解合金，獲得第一溶 液;B、將所述第一溶液配制成鎂鋅離子水溶液;C、取所述鎂鋅離子水溶液作為滴定樣品，并 向所述滴定樣品中依次加入NH 4C1_NH3 ? H20緩沖溶液和鉻黑T指示劑，使所述滴定樣品的pH 保持為9~11，并搖勻獲得滴定溶液;D、采用EDTA-2Na水溶液滴定所述滴定溶液，直至所述 滴定溶液的顏色由酒紅色突變?yōu)樘烨嗌?，停止滴定，記錄所述EDTA-2Na水溶液的體積用量； E、采用公式1-公式4計算所述合金中鎂、鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)： ▲1g2 )+n(zn^)^(EDTA-2Na；^； (EDTA-2Na)公式】 M(Mg^xn(Mg2〇+M(Zn21x n(z"2i=m〇xv^^g||^ 公式 2
[0009] M(Mg: )xn(Mg: ) 一_ r.， w(Mg- )= .、， v(滴定樣品）xH)()% 公J、1 mx V(鎂鋅離子水溶液） ,M(Zn2 )xn(zn2 ') m w(Zrr )= 一x 100% /ajU mx v(鎂鋅離子水溶液）
[0010]其中，n(Mg2+)表示所述滴定樣品中鎂離子的物質(zhì)的量，單位為mol ;n(Zn2+)表示所 述滴定樣品中鋅離子的物質(zhì)的量，單位為mo 1; c (EDTA-2Na)表示所述EDTA-2Na水溶液的物 質(zhì)的量濃度，單位為mol/L; V(EDTA-2Na)表示所述EDTA-2Na水溶液的體積用量，單位為mL; mo表示所述合金中鎂、鋅的總質(zhì)量，單位為g; m表示所述合金的質(zhì)量，單位為g; V (滴定樣品） 表示所述滴定樣品的體積，單位為mL;V(鎂鋅離子水溶液)表示所述鎂鋅離子水溶液的體 積，單位為mL;M(Mg 2+)表示所述合金中鎂的相對原子質(zhì)量，單位為g/mol ;M(Zn2+)表示所述 合金中鋅的相對原子質(zhì)量，單位為8/111〇1;￥(1% 2+)表示所述合金中鎂的質(zhì)量百分?jǐn)?shù);￥(2112+) 表示所述合金中鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
[0011] 進一步地，所述鎂鋅離子水溶液的濃度為0.14mol/L~0.2mol/L。
[0012]進一步地，用于溶解所述合金的酸選自物質(zhì)的量濃度為lmol/L~6mol/L的鹽酸水 溶液或硝酸水溶液。
[0013] 進一步地，所述NH4C1-NH3 ? H20緩沖溶液是pH值為10的NH4C1-NH3 ? H20緩沖溶液。
[0014] 進一步地，在所述步驟A中，用酸溶解所述合金后，還需加熱攪拌至沸騰，獲得第一 溶液。
[0015] 進一步地，在所述步驟B中，在向所述滴定樣品中加入所述NH4C1-NH3 ? H20緩沖溶 液之前，還需將所述滴定樣品的pH值調(diào)節(jié)至6~8。
[0016] 進一步地，所述EDTA-2Na水溶液的物質(zhì)的量濃度為0.01mol/L~0. lmol/L。
[0017] 進一步地，所述EDTA-2Na水溶液的物質(zhì)的量濃度通過ZnO基準(zhǔn)溶液進行標(biāo)定。
[0018] 本發(fā)明的另一目的還在于提供如上所述的一種同時測定合金中鎂、鋅含量的方法 的應(yīng)用。
[0019] 本發(fā)明通過滴定法即可測定合金中鎂、鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，方法簡單快速，測定過程 可在同一pH范圍下操作，測定中途無需調(diào)整pH，并且可同時測定其中鎂、鋅的含量，縮短測 定時間，還適用于常量分析;相比現(xiàn)有技術(shù)中的電位滴定法、原子吸收光譜法、原子發(fā)射光 譜法和電感耦合等離子發(fā)射光譜法等測試方法，無需購買昂貴的儀器設(shè)備，且方法本身不 存在缺陷，不會出現(xiàn)如電位滴定法中的鋅的滴定終點拖延，以及原子吸收光譜法、原子發(fā)射 光譜法和電感耦合等離子發(fā)射光譜法用于常量分析時誤差較大等問題。
【具體實施方式】
[0020] 以下，將來詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。然而，可以以許多不同的形式來實施本發(fā) 明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的具體實施例。相反，提供這些實施例是為 了解釋本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種 實施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。
[0021] 將理解的是，盡管在這里可使用術(shù)語"第一"、"第二"等來描述各種元件，但是這些 元件不應(yīng)受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用于將一個元件與另一個元件區(qū)分開來。
[0022] 實施例1
[0023]在步驟一中，稱取0.9114g光亮潔凈的合金，其中僅含有鎂和鋅，也就是說，該合金 為純度為100%的鎂鋅合金；向所述合金中逐滴加入6mol/L的鹽酸水溶液，待其完全溶解 后，加熱攪拌至微沸，獲得第一溶液;將第一溶液轉(zhuǎn)移至200.0 OmL的容量瓶中，用去離子水 稀釋并定容，搖勻，得到鎂鋅離子水溶液。優(yōu)選地，為了后續(xù)滴定終點判斷的準(zhǔn)確性，配得的 鎂鋅離子水溶液其濃度優(yōu)選為〇. 14mol/L~0.2mol/L。
[0024] 在本步驟中，加熱攪拌至微沸的目的在于去除溶解合金時所用的過量的鹽酸水溶 液，以降低第一溶液的酸度。
[0025] 在步驟二中，準(zhǔn)確移取2.OOmL所述鎂鋅離子水溶液作為滴定樣品，并向其中依次 加入10mL pH值為10的NH4C1-NH3 ? H20緩沖溶液、以及10滴鉻黑T指示劑，以使pH保持為9~ 10,搖勻獲得滴定溶液。
[0026] 在步驟三中，利用物質(zhì)的量濃度為0.01498mol/L的EDTA-2Na水溶液滴定步驟二獲 得的滴定溶液，直至該滴定溶液的顏色由酒紅色突變?yōu)樘烨嗌?，記錄所述EDTA-2Na水溶液 的體積用量（以mL計）。
[0027]在步驟四中，計算所述合金中鎂、鋅的含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。
[0028]在本實施例中，所用EDTA-2Na水溶液的體積用量為23.85mL，由此，結(jié)合式（1)和 (2)首先計算該滴定樣品中鎂離子和鋅離子的物質(zhì)的量，然后通過式(3)和(4)計算得到合 金中的鎂的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)以及鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
[0031]計算得到該滴定樣品中鎂離子和鋅離子的物質(zhì)的量n(Mg2 + )和n(Zn2+)分別為 1 ? 468 X 10-4mol和 1 ? 04 X 10-5mol。
[0034]計算得到該合金中鎂和鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為92.48 %和7.52 %。
[0035] 實施例2
[0036] 在實施例2的描述中，與實施例1的相同之處在此不再贅述，只描述與實施例1的相 同之處。實施例2與實施例1的不同之處在于，在步驟一中，合金的質(zhì)量為1.1025g;在步驟二 中，滴定樣品的體積為5.0 0 m L ;在步驟三中，E D T A - 2 N a水溶液的物質(zhì)的量濃度為 0.05096mo 1 /L，EDTA-2Na水溶液的體積用量為18.57mL;在步驟四中，計算得到該合金中鎂 和鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為73.64%和26.36%。
[0037] 實施例3
[0038]在實施例3的描述中，與實施例1的相同之處在此不再贅述，只描述與實施例1的不 同之處。實施例3與實施例1的不同之處在于，在步驟一中，合金的質(zhì)量為0.9879g;在步驟二 中，滴定樣品的體積為1 〇 . 〇 〇 m L ;在步驟三中，E D T A - 2 N a水溶液的物質(zhì)的量濃度為 0.1011mol/L，EDTA-2Na水溶液的體積用量為14.60mL;在步驟四中，計算得到該合金中鎂和 鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為56.43%和43.57%。
[0039]值得說明的是，因上述實施例1-3中合金均為純度為不低于99.9%的鎂鋅合金，可 近似地認(rèn)為合金純度達100%，因此，上述實施例1-3中合金的質(zhì)量與合金中鎂、鋅的總質(zhì)量 相等。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的同時測定合金中鎂、鋅含量的方法并不僅限于測定純度低于 99.9%的鎂鋅合金，還可以是含有一定雜質(zhì)的鎂、鋅的合金;此時，該合金中鎂、鋅含量的測 定方法即如公式1-公式4中所述。
[0041 ]其中，n (Mg2+)表示所述滴定樣品中鎂離子的物質(zhì)的量，單位為mo 1; n (Zn2+)表示所 述滴定樣品中鋅離子的物質(zhì)的量，單位為mo 1; c (EDTA-2Na)表示所述EDTA-2Na水溶液的物 質(zhì)的量濃度，單位為mol/L; V(EDTA-2Na)表示所述EDTA-2Na水溶液的體積用量，單位為mL; mo表示所述合金中鎂、鋅的總質(zhì)量，單位為g; m表示所述合金的質(zhì)量，單位為g; V (滴定樣品） 表示所述滴定樣品的體積，單位為mL;V(鎂鋅離子水溶液)表示所述鎂鋅離子水溶液的體 積，單位為mL;M(Mg 2+)表示所述合金中鎂的相對原子質(zhì)量，單位為g/mol ;M(Zn2+)表示所述 合金中鋅的相對原子質(zhì)量，單位為8/111〇1;￥(1% 2+)表示所述合金中鎂的質(zhì)量百分?jǐn)?shù);￥(2112+) 表示所述合金中鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
[0042]當(dāng)該合金中含有其他雜質(zhì)時，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過任意如過濾、沉淀等慣用手 段對經(jīng)酸溶解合金獲得的第一溶液進行處理，以去除其中的雜質(zhì)并配制成鎂鋅離子水溶 液，達到鎂鋅離子水溶液中不含有對鎂、鋅離子測定造成影響的其他離子的目的即可。
[0043]當(dāng)然，用于溶解合金的酸并不限于上述實施例中所述的6mol/L的鹽酸水溶液，一 般優(yōu)選使用lmol/L~6mol/L的鹽酸水溶液或硝酸水溶液即可，當(dāng)然也可以是其他的酸，只 需把合金進行充分地溶解即可。與此同時，合金中鎂和鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)并不限于上述實施 例1-3中所述，鎂和鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)均在0<w<100% (其中w表示w(Mg2+)或w(Zn2+))的范圍 內(nèi)，這是由于在進行滴定的過程中，EDTA-2Na水溶液所對應(yīng)的結(jié)果為滴定樣品中Mg 2+和Zn2+ 的總物質(zhì)的量，因此，無論合金中鎂或鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)極小，也不會影響利用EDTA-2Na水溶 液滴定時的檢測限度。
[0044]另外，根據(jù)本發(fā)明的測定方法中所用的EDTA_2Na水溶液的物質(zhì)的量濃度一般控制 為0.01mol/L~0. lmol/L左右，而其濃度可通過ZnO基準(zhǔn)溶液進行標(biāo)定。標(biāo)定的具體方法為： 首先，準(zhǔn)確稱取一定量的EDTA-2Na固體并將其溶于300mL、70°C的去離子水中，形成第二溶 液;然后，將第二溶液轉(zhuǎn)移至1.00L的容量瓶中，并用去離子水進行稀釋并定容，搖勻即獲得 EDTA-2Na水溶液;最后，采用已知濃度的ZnO基準(zhǔn)溶液滴定該EDTA-2Na水溶液，并精確計算 該EDTA-2Na水溶液的物質(zhì)的量濃度，即完成了對EDTA-2Na水溶液的標(biāo)定。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的同時測定合金中鎂、鋅含量的方法，僅需通過簡單快速的滴定法即 可同時得到合金中鎂、鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù);與現(xiàn)有技術(shù)中的測定方法相比，既不需要進行分步 測定，從而縮短了測定時間；又無需復(fù)雜的測定儀器和設(shè)備。同時，該方法還不會出現(xiàn)鋅的 滴定終點拖延而造成測定誤差增大的情況，在測定過程中，所需試劑簡單且種類較少，測定 過程簡單。
[0046]雖然已經(jīng)參照特定實施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解： 在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在此進行形式和 細(xì)節(jié)上的各種變化。
【主權(quán)項】
1. 一種同時測定合金中鎂、鋅含量的方法，其特征在于，包括步驟： A、 用酸溶解合金，獲得第一溶液； B、 將所述第一溶液配制成鎂鋅離子水溶液； C、 取所述鎂鋅離子水溶液作為滴定樣品，并向所述滴定樣品中依次加入NH4Cl-NH3 · H2O緩沖溶液和鉻黑T指示劑，使所述滴定樣品的pH保持為9~11，并搖勻獲得滴定溶液； D、 采用EDTA-2Na水溶液滴定所述滴定溶液，直至所述滴定溶液的顏色由酒紅色突變?yōu)?天青色，停止滴定，記錄所述H)TA-2Na水溶液的體積用量； E、 采用公式1-公式4計筧所沭合金中鎂、鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：其中，n(Mg2+)表示所述滴定樣品中鎂離子的物質(zhì)的量，單位為mol; n (Zn2+)表示所述滴定樣品中鋅離子的物質(zhì)的量，單位為mo 1; c(EDTA-2Na)表示所述EDTA-2Na水溶液的物質(zhì)的量濃度，單位為mol/L; V (EDTA-2Na)表示所述EDTA-2Na水溶液的體積用量，單位為mL; mo表示所述合金中鎂、鋅的總質(zhì)量，單位為g; m表示所述合金的質(zhì)量，單位為g; V(滴定樣品)表示所述滴定樣品的體積，單位為mL; V(鎂鋅離子水溶液)表示所述鎂鋅離子水溶液的體積，單位為mL; M(Mg2+)表示所述合金中鎂的相對原子質(zhì)量，單位為g/mol; M(Zn2+)表示所述合金中鋅的相對原子質(zhì)量，單位為g/mol; w (Mg2+)表示所述合金中鎂的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)； w (Zn2+)表示所述合金中鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鎂鋅離子水溶液的濃度為0.14mol/L ~0.2mol/L。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于溶解所述合金的酸選自物質(zhì)的量 濃度為Imo 1/L~6mo 1/L的鹽酸水溶液或硝酸水溶液。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述NH4Cl-NH3 · H2O緩沖溶液是pH值為 10的NH4Cl-NH3 · H2O緩沖溶液。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟A中，用酸溶解所述合金后，還 需加熱攪拌至沸騰，獲得第一溶液。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟B中，在向所述滴定樣品中加入 所述NH4Cl-NH 3 · H2O緩沖溶液之前，還需將所述滴定樣品的pH值調(diào)節(jié)至6~8。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述EDTA-2Na水溶液的物質(zhì)的量濃度為 0·01mol/L~0·lmol/L。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述EDTA-2Na水溶液的物質(zhì)的量濃度通過 ZnO基準(zhǔn)溶液進行標(biāo)定。9. 如權(quán)利要求1-8任一所述的一種同時測定合金中鎂、鋅含量的方法的應(yīng)用。
【文檔編號】G01N31/16GK105891408SQ201610199866
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】李明珍, 胡耀強, 王世棟, 葉秀深, 李 權(quán), 吳志堅
【申請人】中國科學(xué)院青海鹽湖研究所