基于离子色谱法快速测定镀铬液中金属杂质

（航空工业陕西飞机工业（集团）有限公司制造工程部理化试验室，陕西  汉中 723215）

摘 要：离子色谱法是一种灵敏度较高、检测快速以及操作简单的测定离子手段，该方法还能够同时测定分析多种离子，因此目前被广泛使用。本文通过分析对镀铬液中金属杂质进行测定的意义，进一步分析了使用离子色谱法测定镀铬液的金属杂质含量方法。

关键词：镀铬液；离子色谱法；金属杂质

引言

近些年，电镀工业发展较为快速，而离子色谱法测定元素在该领域中的应用也越来越常见。为此，本文基于离子色谱法原理，针对电镀工业镀铬液金属杂质的测定工作进行了分析

1　对镀铬液中金属杂质进行测定的意义

在当前的电镀工业当中，镀铬层是比较常见的一种镀层结构，其具有着较好性能。但是在实施电镀的过程中，镀件可能会受到一定腐蚀，致使镀铬液当中融入许多金属杂质，包括铁、铜、镍、锌、钴以及铅等，这些杂质的含量若是过高，会直接影响到镀铬层质量。因此，为了有效控制镀铬液中的金属杂质含量，进而把控镀铬层质量，还需开展镀铬液金属杂质含量的快速测定工作。目前使用的测定方法有许多种，包括离子色谱法、伏安法、分光光度法、电感耦合法以及原子吸收法等，综合考虑这些方法的操作难度、灵敏度、检出限、干扰元素以及测定准确性，本文决定采用离子色谱法进行测定，对该方法的测定实验开展了简要分析[1]。

2　离子色谱法快速测定镀铬液中金属杂质的相关实验

2.1　测定实验的试剂与仪器

以镀铬液为样品，运用离子色谱法来测定其中金属杂质的含量，使用试剂主要包括金属离子的标准溶液以及柱后反应使用的相关试剂。其中，金属离子的标准溶液：使用硝酸铅作为铅盐，另安排其他不同种硫酸盐作为分析级试剂来使用，最后使用离子水来配制实验标准溶液，该溶液的浓度值为1000PPM；柱后反应使用的相关试剂：PAR金属指示剂，浓度为0.6mol/L、氨水试剂，浓度为3mol/L、醋酸试剂，浓度为1mol/L。

在测定实验使用的仪器方面，主要是准备专业的离子色谱仪器，保证该仪器带有可见分光检测器装置，还要配备相应的纤维膜柱后反应器装置以及柱后的衍生装置，保证仪器与各装置的调试检查工作落实，为后续快速测定实验的稳定推进奠定基础。

2.2　测定实验步骤分析

开展测定实验后需注意进行工作曲线的绘制，以峰值高度测定离子的浓度为依据来绘图。测定实验的具体步骤如下：先对测定的镀铬溶液样品开展前处理，去2毫升的镀铬溶液放到规格为150毫升的高型烧杯当中，再向烧杯内加入浓高氯酸试剂约2毫升，将烧杯摇匀以后放置在电炉上进行强加热，待加热至烧杯内部液体表面有黄色物质析出后停止加热，取下烧杯后立即向其中加入浓盐酸试剂，采用滴加方式，这时会显现出红黄色气体向外冒出，这主要是铬酐颗粒物质，然后将溶液静置等到其完全变为绿色后，重复进行上述操作，重复次数可为2或3次，完成后将烧杯取下冷却，取淋洗液物质进行定容操作，定容稀释到100毫升，然结合镀铬液中待测量金属杂质的大致含量再使用淋洗液进行稀释，将其稀释处理到PPM级之后，使用带有过滤结构的进样器来进行进样阀的定容进样操作[2]。

3　离子色谱法快速测定镀铬液中金属杂质实验结果及讨论

3.1　分离条件的合理选择

Dionex离子色谱仪器的HPIC-CS2的强阳离子交换分离柱上，使用不同种酸性试剂来进行分离处理，其使用的试剂包括醋酸、草酸、盐酸、柠檬酸以及几种酸性试剂的组合体，分别对标准液中铅离子、锌离子、铁离子、镍离子、铜离子以及钴离子产生分离影响，通过实验发现，其中的铜离子和铁离子在分离上较为困难，而铅离子、锌离子以及钴离子都是较容易被分离的阳离子，其中使用草酸和柠檬酸组合试剂做分离处理效果更好，分离的速度也比较快，镍离子也是难分离的一种金属阳离子，即使是对上述几种酸性试剂的浓度或组合比例进行调整，也难以达到快速分离并分析以及分离效果较好的要求，最后发现，使用醋酸试剂结合盐酸试剂组成四元淋洗液做离子分离条件，可以有效实现标准液中六种金属阳离子的分离，且分离效果良好、分离速度较快。在试剂的浓度方面，若只使用草酸盐做分离条件，则随着草酸盐浓度的逐渐提高，铜离子和铁离子的分离度也适当提高，草酸盐分离效果最好的浓度值范围为1.5mol/L-2.5mol/L，同时，铜和铁离子受到盐酸盐浓度和醋酸盐浓度的影响较小，调整浓度也不会使其分离度出现较大变化；若使用柠檬酸做分离条件，则铜离子、铁离子、钴离子、镍离子以及锌离子的洗脱速度都会受到影响，且柠檬酸浓度值在4mol/L-10mol/L范围内时，洗脱的效果更好，洗脱速度得到明显提升，但同时，铜离子、铁离子以及镍离子的分离度却变得更低；若使用盐酸盐做分离条件，其锌离子、钴离子以及镍离子的洗脱速度都会受到影响，当盐酸盐浓度值在15mol/L-30mol/L范围时，随着浓度值的升高，锌离子、钴离子以及镍离子的洗脱速度也会逐渐加快；若使用醋酸盐做分离条件，其浓度值在0-0.03mol/L内不断提升时，其最后流出铅离子的流出速度会有所提高，最后的分析时间也能够适当缩短，同时，其PH值在3.9-4.2的范围内逐渐降低时，各项离子的保留时间也会逐渐延长，则分离度会有所提高，获得更好的分离效果。结合实验分析结果进行调整优化，最后得到最佳的淋洗液组成，其中包含了醋酸、草酸、盐酸以及柠檬酸，醋酸的浓度值为120mol/L、草酸的浓度值为2.2mol/L、盐酸的浓度值为24mol/L、柠檬酸的浓度值为4.0mol/L，整体组合液的PH值为4.00（可使用氢氧化锂进行调配），配制好的淋洗液做分离条件，六种金属阳离子都能够获得良好的分离效果，其分离时间约为16分钟，且Rx均大于1.2。在测得的色谱图当中，流动相为几种酸试剂，流速为每分钟1.0毫升，HPIC-CS2强阳离子交换柱使用的柱后反应试剂包括，浓度为0.6mol/L的PAR金属指示剂、浓度为3mol/L的氨水试剂、浓度为1mol/L的醋酸试剂，流速为每分钟0.3毫升，柱温为20摄氏度，实际检测波长为520毫米。

3.2　分析前处理影响

每升单位镀铬液当中就存在约数百克的铬酐物质，在使用离子色谱法测定镀铬液金属杂质时，需要对铬酐物质进行去除处理，否则测定实验开始时，这种物质会对分离柱产生破坏效果，当前常见的去除铬酐物质方法主要有两种，分别为阴离子交换法以及飞铬化学处理方法。对比两种方法的去除情况，发现阴离子交换法去除铬酐物质的效果颇好，但缺点是若淋洗液PH值超过了4，其铁的回收率会极低，但锌、镍、钴以及铜的回收率都能够维持在97%以上，但若是将PH值逐渐降低，其收集液在经过加热以后会变得十分浑浊，分析其原因可能是淋洗液酸性过强对树脂产生破坏；飞铬化学处理方法使用时能够将大部分铬酐物质去除，但会有少部分铬酐发生还原反应生成铬，在本次实验的条件下，测定金属杂质时，铬不会被检测出来，因此不会对测定结果产生不良影响，同时其锌、镍、钴、铜以及铁的回收率都能保持96.5%以上，综合比较后，最终决定选择飞铬化学方法来去除铬酐物质[3]。

3.3　干扰实验分析

干扰实验主要是对测定样品中可能存在的共存物进行检验，判断其是否会对测定结果产生干扰。在开展镀铬液金属杂质测定的干扰实验过程中，先是对以往许多学者对于镀铬液金属杂质对镀层质量的影响研究文献进行了整理，分析并提取出主要干扰元素即为本次测定的六种金属元素，其余的元素还包括钠离子、钾离子、镁离子、铝离子、钙离子、铬离子、锰离子以及镉离子等，其中，钠、钾、钙以及镁不会与PAR金属指示剂发生显色反应，因而也不会对本次测定结果产生干扰，剩余四种离子可配制成5PPM的标准样来分析，发现铝离子和铬离子不会对检测产生信号，不产生干扰性影响，而镉离子的检测信号会停留43分钟，锰离子的检测信号则停留76分钟，但不会对本次主要检测的六种金属阳离子杂质测定结果产生干扰。

3.4　线性与灵敏度分析

将混合离子标准系列做进样，发现其校正曲线的几种金属杂质相关系数中，铜的系数为99.7%，剩余五种金属的系数也都大于99.9%，几种金属的线性范围（PPM）为：铜0.1-1.0、铁0.025-0.5、锌0.1-5.0、镍0.025-2.5、钴0.05-5.0、铅0.4-10.0，各金属离子的进样调整到0.5PPM，在25μL的峰高计算得出最小检测量，发现其水平均在纳克级，其检测浓度的最大值未超过0.1PPM。

3.5　准确度与精密度分析

为了进一步探析本次测定实验的准确度与精密度，可以进行镀铬液的仿配，加入已知含量的金属杂质来开展离子色谱法测定，由于溶液中本身含有着浓度较高的硫酸，因此金属杂质加入时未加铅盐物质，具体实验过程与上述实验操作保持一致，设置样品1与样品2，分别取2毫升的镀铬液进行稀释，形成100毫升待测液，然后取5毫升样品1稀释液再稀释处理到100毫升，取5毫升样品2稀释液再稀释处理到50毫升，其定容都使用淋洗液，以25μL进样，基于稀释的倍数值采用工作曲线法来进一步计算离子浓度值，最终获得测定结果。此外，也针对工厂的实际镀铬液金属杂质开展了测定工作，还使用原子吸收测定法开展的测定工作，最后将离子色谱法与原子吸收法进行对比分析，判断离子色谱法的准确度，根据综合分析结果可知，其测定方法的准确度和精密度都是较高的，表1为原子吸收法和离子色谱法测定结果的对比。

表1原子吸收法和离子色谱法测定结果的对比

结论：综上所述，使用离子色谱法对镀铬液中的金属杂质含量开展测定，有助于更好地把控金属杂质，提升镀铬层的质量。在实际开展实验时，通过一系列实验操作与分析发现，铁、铜、锌等金属离子可以获得良好分离，其测定的浓度结果准确度较高，实验操作也颇为简便，可见该测定方法具有较高的可靠性。

参考文献：

[1]李倩盈,黄少漫,陈景周.高压离子色谱法快速测定水中7种无机阴离子[J].食品与机械,2021,37(08):77-81.

[2]陈璐.离子色谱法快速测定土壤中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的方法研究[J].山东化工,2020,49(03):71-73+76.

[3]何健,何正和,朱海燕.微波提取-离子色谱法快速测定配合饲料中的总磷[J].饲料研究,2019,42(11):87-89.

第一作者简介：石蕾（1991-），女，汉族，陕西汉中人，本科，工程师。研究方向：理化检测化学方向。

　　来源：化学工程与装备 - 官方网站 - 创刊于1972   2022年第12期   在线投稿  >>