CN105891408A - 一种同时测定合金中镁、锌含量的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时测定合金中镁、锌含量的方法，包括步骤：A、用酸溶解合金，获得第一溶液；B、将所述第一溶液配制成镁锌离子水溶液；C、取所述镁锌离子水溶液作为滴定样品，并向所述滴定样品中依次加入NH₄Cl‑NH₃·H₂O缓冲溶液和铬黑T指示剂，使所述滴定样品的pH保持为9～11，并摇匀获得滴定溶液；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颜色由酒红色突变为天青色，停止滴定，记录所述EDTA‑2Na水溶液的体积用量；E、计算所述合金中镁、锌的质量百分数。根据本发明的方法快速简单，且测定时间短。

Description

一种同时测定合金中镁、锌含量的方法及其应用

技术领域

本发明属于合金成分分析技术领域，具体地讲，涉及一种同时测定合金中镁、锌含量的方法及其应用。

背景技术

纯镁不能用作结构材料，必须通过合金化和工艺优化来进行改性。作为镁合金的两大主要合金化元素之一，锌元素对镁合金的强化作用十分显著。Zn对镁合金的主要影响有：(1)Zn能固溶于镁合金中，对镁合金起到固溶强化作用，加入的Zn也可同时增加镁合金中其它元素的固溶度，进而提高其它元素的固溶强化作用；(2)Zn在镁合金中与其它元素形成高熔点化合物，可改善镁合金的高温力学性能，尤其是抗蠕变性能；(3)Zn的加入能够去除镁合金中的某些杂质，提高镁合金的耐腐蚀性能。

锌具有与镁相同的晶体结构，且二者原子半径相近，易形成连续固溶体，同时镁锌合金熔点低，其中的锌可作为镁电解工艺中的液态阴极，实现镁锌合金的低能耗、低成本熔盐电解。锌含量的不同对合金性能影响很大，因此快速准确测定镁锌合金中的镁、锌等成分的含量对镁锌合金的制备具有重要意义。

目前，镁锌合金的样品中镁、锌的含量测定，主要采用电位滴定法。《铜离子选择电极络合滴定法分步滴定锌和镁》(中南民族大学学报(自然科学版),2010,29(1):32-35)一文报导了锌、镁的连续滴定方法，以EDTA为滴定剂，Cu-EDTA为置换剂，铜离子选择电极为指示电极，通过控制氨的用量来调节锌-氨络合，可对镁、锌进行分步电位滴定。但上述电位滴定法本身存在缺陷，电位滴定锌的终点易出现拖延而导致结果不准；同时，滴定过程中加入了置换剂，加入的试剂较多，需要的分析时间也较长。另外，在现有技术中，当采用滴定法测定镁锌合金的样品中镁、锌的含量时，一般二者不可在同一pH范围下进行滴定，需要在滴定中途进行pH的调整，如此为测定带来不便。

镁锌合金中的镁、锌的含量还可以采用原子吸收光谱法、原子发射光谱法和电感耦合等离子光谱法等方法进行测定，但这些测定方法均需购买昂贵的仪器设备；同时，上述测定方法适用于微量分析，当其应用常量分析时，分析误差较大。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种同时测定合金中镁、锌含量的方法，该方法快速简单，且测定时间短。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种同时测定合金中镁、锌含量的方法，包括步骤：A、用酸溶解合金，获得第一溶液；B、将所述第一溶液配制成镁锌离子水溶液；C、取所述镁锌离子水溶液作为滴定样品，并向所述滴定样品中依次加入NH₄Cl-NH₃·H₂O缓冲溶液和铬黑T指示剂，使所述滴定样品的pH保持为9～11，并摇匀获得滴定溶液；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颜色由酒红色突变为天青色，停止滴定，记录所述EDTA-2Na水溶液的体积用量；E、采用公式1-公式4计算所述合金中镁、锌的质量百分数：

其中，n(Mg²⁺)表示所述滴定样品中镁离子的物质的量，单位为mol；n(Zn²⁺)表示所述滴定样品中锌离子的物质的量，单位为mol；c(EDTA-2Na)表示所述EDTA-2Na水溶液的物质的量浓度，单位为mol/L；V(EDTA-2Na)表示所述EDTA-2Na水溶液的体积用量，单位为mL；m₀表示所述合金中镁、锌的总质量，单位为g；m表示所述合金的质量，单位为g；V(滴定样品)表示所述滴定样品的体积，单位为mL；V(镁锌离子水溶液)表示所述镁锌离子水溶液的体积，单位为mL；M(Mg²⁺)表示所述合金中镁的相对原子质量，单位为g/mol；M(Zn²⁺)表示所述合金中锌的相对原子质量，单位为g/mol；w(Mg²⁺)表示所述合金中镁的质量百分数；w(Zn²⁺)表示所述合金中锌的质量百分数。

进一步地，所述镁锌离子水溶液的浓度为0.14mol/L～0.2mol/L。

进一步地，用于溶解所述合金的酸选自物质的量浓度为1mol/L～6mol/L的盐酸水溶液或硝酸水溶液。

进一步地，所述NH₄Cl-NH₃·H₂O缓冲溶液是pH值为10的NH₄Cl-NH₃·H₂O缓冲溶液。

进一步地，在所述步骤A中，用酸溶解所述合金后，还需加热搅拌至沸腾，获得第一溶液。

进一步地，在所述步骤B中，在向所述滴定样品中加入所述NH₄Cl-NH₃·H₂O缓冲溶液之前，还需将所述滴定样品的pH值调节至6～8。

进一步地，所述EDTA-2Na水溶液的物质的量浓度为0.01mol/L～0.1mol/L。

进一步地，所述EDTA-2Na水溶液的物质的量浓度通过ZnO基准溶液进行标定。

本发明的另一目的还在于提供如上所述的一种同时测定合金中镁、锌含量的方法的应用。

本发明通过滴定法即可测定合金中镁、锌的质量百分数，方法简单快速，测定过程可在同一pH范围下操作，测定中途无需调整pH，并且可同时测定其中镁、锌的含量，缩短测定时间，还适用于常量分析；相比现有技术中的电位滴定法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法和电感耦合等离子发射光谱法等测试方法，无需购买昂贵的仪器设备，且方法本身不存在缺陷，不会出现如电位滴定法中的锌的滴定终点拖延，以及原子吸收光谱法、原子发射光谱法和电感耦合等离子发射光谱法用于常量分析时误差较大等问题。

具体实施方式

以下，将来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。

实施例1

在步骤一中，称取0.9114g光亮洁净的合金，其中仅含有镁和锌，也就是说，该合金为纯度为100％的镁锌合金；向所述合金中逐滴加入6mol/L的盐酸水溶液，待其完全溶解后，加热搅拌至微沸，获得第一溶液；将第一溶液转移至200.00mL的容量瓶中，用去离子水稀释并定容，摇匀，得到镁锌离子水溶液。优选地，为了后续滴定终点判断的准确性，配得的镁锌离子水溶液其浓度优选为0.14mol/L～0.2mol/L。

在本步骤中，加热搅拌至微沸的目的在于去除溶解合金时所用的过量的盐酸水溶液，以降低第一溶液的酸度。

在步骤二中，准确移取2.00mL所述镁锌离子水溶液作为滴定样品，并向其中依次加入10mL pH值为10的NH₄Cl-NH₃·H₂O缓冲溶液、以及10滴铬黑T指示剂，以使pH保持为9～10，摇匀获得滴定溶液。

在步骤三中，利用物质的量浓度为0.01498mol/L的EDTA-2Na水溶液滴定步骤二获得的滴定溶液，直至该滴定溶液的颜色由酒红色突变为天青色，记录所述EDTA-2Na水溶液的体积用量(以mL计)。

在步骤四中，计算所述合金中镁、锌的含量，用质量百分数表示。

在本实施例中，所用EDTA-2Na水溶液的体积用量为23.85mL，由此，结合式(1)和(2)首先计算该滴定样品中镁离子和锌离子的物质的量，然后通过式(3)和(4)计算得到合金中的镁的质量百分数以及锌的质量百分数。

$n\left({\mathrm{Mg}}^{2+}\right)+n\left({\mathrm{Zn}}^{2+}\right)=\frac{0.01498mol/L\×23.85mL}{1000}---\left(1\right)$

$24.305g/mol\×n\left({\mathrm{Mg}}^{2+}\right)+65.39g/mol\×n\left({\mathrm{Zn}}^{2+}\right)=0.9114g\×\frac{2.00mL}{200.00mL}---\left(2\right)$

计算得到该滴定样品中镁离子和锌离子的物质的量n(Mg²⁺)和n(Zn²⁺)分别为3.468×10^-4mol和1.04×10^-5mol。

$w\left({\mathrm{Mg}}^{2+}\right)=\frac{24.305g/mol\×3.468\×{10}^{-4}mol}{0.9114g\×\frac{2.00mL}{200.00mL}}\×100\%---\left(3\right)$

$w\left({\mathrm{Zn}}^{2+}\right)=\frac{65.39g/mol\×1.04\×{10}^{-5}mol}{0.9114g\×\frac{2.00mL}{200.00mL}}\×100\%---\left(4\right)$

计算得到该合金中镁和锌的质量百分数分别为92.48％和7.52％。

实施例2

在实施例2的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的相同之处。实施例2与实施例1的不同之处在于，在步骤一中，合金的质量为1.1025g；在步骤二中，滴定样品的体积为5.00mL；在步骤三中，EDTA-2Na水溶液的物质的量浓度为0.05096mol/L，EDTA-2Na水溶液的体积用量为18.57mL；在步骤四中，计算得到该合金中镁和锌的质量百分数分别为73.64％和26.36％。

实施例3

在实施例3的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例3与实施例1的不同之处在于，在步骤一中，合金的质量为0.9879g；在步骤二中，滴定样品的体积为10.00mL；在步骤三中，EDTA-2Na水溶液的物质的量浓度为0.1011mol/L，EDTA-2Na水溶液的体积用量为14.60mL；在步骤四中，计算得到该合金中镁和锌的质量百分数分别为56.43％和43.57％。

值得说明的是，因上述实施例1-3中合金均为纯度为不低于99.9％的镁锌合金，可近似地认为合金纯度达100％，因此，上述实施例1-3中合金的质量与合金中镁、锌的总质量相等。当然，根据本发明的同时测定合金中镁、锌含量的方法并不仅限于测定纯度低于99.9％的镁锌合金，还可以是含有一定杂质的镁、锌的合金；此时，该合金中镁、锌含量的测定方法即如公式1-公式4中所述。

其中，n(Mg²⁺)表示所述滴定样品中镁离子的物质的量，单位为mol；n(Zn²⁺)表示所述滴定样品中锌离子的物质的量，单位为mol；c(EDTA-2Na)表示所述EDTA-2Na水溶液的物质的量浓度，单位为mol/L；V(EDTA-2Na)表示所述EDTA-2Na水溶液的体积用量，单位为mL；m₀表示所述合金中镁、锌的总质量，单位为g；m表示所述合金的质量，单位为g；V(滴定样品)表示所述滴定样品的体积，单位为mL；V(镁锌离子水溶液)表示所述镁锌离子水溶液的体积，单位为mL；M(Mg²⁺)表示所述合金中镁的相对原子质量，单位为g/mol；M(Zn²⁺)表示所述合金中锌的相对原子质量，单位为g/mol；w(Mg²⁺)表示所述合金中镁的质量百分数；w(Zn²⁺)表示所述合金中锌的质量百分数。

当该合金中含有其他杂质时，本领域技术人员可通过任意如过滤、沉淀等惯用手段对经酸溶解合金获得的第一溶液进行处理，以去除其中的杂质并配制成镁锌离子水溶液，达到镁锌离子水溶液中不含有对镁、锌离子测定造成影响的其他离子的目的即可。

当然，用于溶解合金的酸并不限于上述实施例中所述的6mol/L的盐酸水溶液，一般优选使用1mol/L～6mol/L的盐酸水溶液或硝酸水溶液即可，当然也可以是其他的酸，只需把合金进行充分地溶解即可。与此同时，合金中镁和锌的质量百分数并不限于上述实施例1-3中所述，镁和锌的质量百分数均在0＜w＜100％(其中w表示w(Mg²⁺)或w(Zn²⁺))的范围内，这是由于在进行滴定的过程中，EDTA-2Na水溶液所对应的结果为滴定样品中Mg²⁺和Zn²⁺的总物质的量，因此，无论合金中镁或锌的质量百分数极小，也不会影响利用EDTA-2Na水溶液滴定时的检测限度。

另外，根据本发明的测定方法中所用的EDTA-2Na水溶液的物质的量浓度一般控制为0.01mol/L～0.1mol/L左右，而其浓度可通过ZnO基准溶液进行标定。标定的具体方法为：首先，准确称取一定量的EDTA-2Na固体并将其溶于300mL、70℃的去离子水中，形成第二溶液；然后，将第二溶液转移至1.00L的容量瓶中，并用去离子水进行稀释并定容，摇匀即获得EDTA-2Na水溶液；最后，采用已知浓度的ZnO基准溶液滴定该EDTA-2Na水溶液，并精确计算该EDTA-2Na水溶液的物质的量浓度，即完成了对EDTA-2Na水溶液的标定。

根据本发明的同时测定合金中镁、锌含量的方法，仅需通过简单快速的滴定法即可同时得到合金中镁、锌的质量百分数；与现有技术中的测定方法相比，既不需要进行分步测定，从而缩短了测定时间；又无需复杂的测定仪器和设备。同时，该方法还不会出现锌的滴定终点拖延而造成测定误差增大的情况，在测定过程中，所需试剂简单且种类较少，测定过程简单。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (9)

1.一种同时测定合金中镁、锌含量的方法，其特征在于，包括步骤：

A、用酸溶解合金，获得第一溶液；

B、将所述第一溶液配制成镁锌离子水溶液；

C、取所述镁锌离子水溶液作为滴定样品，并向所述滴定样品中依次加入NH₄Cl-NH₃·H₂O缓冲溶液和铬黑T指示剂，使所述滴定样品的pH保持为9～11，并摇匀获得滴定溶液；

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颜色由酒红色突变为天青色，停止滴定，记录所述EDTA-2Na水溶液的体积用量；

E、采用公式1-公式4计算所述合金中镁、锌的质量百分数：

其中，n(Mg²⁺)表示所述滴定样品中镁离子的物质的量，单位为mol；

n(Zn²⁺)表示所述滴定样品中锌离子的物质的量，单位为mol；

c(EDTA-2Na)表示所述EDTA-2Na水溶液的物质的量浓度，单位为mol/L；

V(EDTA-2Na)表示所述EDTA-2Na水溶液的体积用量，单位为mL；

m₀表示所述合金中镁、锌的总质量，单位为g；

m表示所述合金的质量，单位为g；

V(滴定样品)表示所述滴定样品的体积，单位为mL；

V(镁锌离子水溶液)表示所述镁锌离子水溶液的体积，单位为mL；

M(Mg²⁺)表示所述合金中镁的相对原子质量，单位为g/mol；

M(Zn²⁺)表示所述合金中锌的相对原子质量，单位为g/mol；

w(Mg²⁺)表示所述合金中镁的质量百分数；

w(Zn²⁺)表示所述合金中锌的质量百分数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镁锌离子水溶液的浓度为0.14mol/L～0.2mol/L。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于溶解所述合金的酸选自物质的量浓度为1mol/L～6mol/L的盐酸水溶液或硝酸水溶液。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述NH₄Cl-NH₃·H₂O缓冲溶液是pH值为10的NH₄Cl-NH₃·H₂O缓冲溶液。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤A中，用酸溶解所述合金后，还需加热搅拌至沸腾，获得第一溶液。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤B中，在向所述滴定样品中加入所述NH₄Cl-NH₃·H₂O缓冲溶液之前，还需将所述滴定样品的pH值调节至6～8。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述EDTA-2Na水溶液的物质的量浓度为0.01mol/L～0.1mol/L。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述EDTA-2Na水溶液的物质的量浓度通过ZnO基准溶液进行标定。

9.如权利要求1-8任一所述的一种同时测定合金中镁、锌含量的方法的应用。