一种湿法测定氮化锰铁中氮含量的方法

技术领域

本发明涉及分析化学技术领域，尤其涉及一种湿法测定氮化锰铁中氮含量的方法。

背景技术

氮化锰铁作为氮和锰的合金添加剂主要用于生产高强度钢、合金钢、不锈钢以及汽车、造船、航空工业材料。氮化锰铁作为炼钢生产中氮的添加剂，在轧制过程中氮在晶界析出形成氮碳等化合物，起到细化、强化和固溶强化作用，可以细化晶粒、稳定奥氏体。大幅度提高钢的屈服强度和抗拉强度，保证了钢的塑性和韧性不降低，同时保证了使用性能。氮化锰铁的加入对冶炼高附加值钢种有着重要作用。

因此，对于氮化锰铁中氮含量的测定显得尤为重要。目前关于氮的测定方法有两大类：化学法和仪器法。化学法为水蒸气蒸馏酸碱滴定法和水蒸气蒸馏吸光光度法；仪器法为脉冲惰性气体熔融热导法。水蒸气蒸馏酸碱滴定法和水蒸气蒸馏吸光光度法操作复杂，步骤多，耗时长，容易受指示剂滴定终点颜色变化不明显的影响，分析数据允许差大。仪器法一般用于测定低微含量的氮元素，不能完全满足所有含量范围的检测要求；同时又存在氮化锰铁熔融不完全，氮含量测定偏低的问题出现。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种湿法测定氮化锰铁中氮的方法；该检测方法操作简单，准确性和稳定性好，能够快速检测氮化锰铁中氮的含量，适用于大量样品较宽范围的氮元素的检测。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种湿法测定氮化锰铁中氮含量的方法，包括以下步骤：

（1）使用微波消解法制备待测溶液；

（2）电导率法测定待测溶液和空白溶液所消耗氢氧化钠标准溶液的体积，具体操作如下：

①在pH计的监测下，向待测溶液中逐滴滴加0.03mol/L～0.05mol/L氢氧化钠标准溶液，调节pH值至6.20；然后向其中加入20mL中性甲醛溶液，轻轻混匀，测定其电导率并记录后，用0.05mol/L～0.1mol/L氢氧化钠标准溶液滴定，记录滴定体积与其对应的电导率值；以电导率值为纵坐标，氢氧化钠标准溶液的滴定体积为横坐标绘制滴定曲线1；

②当随着0.05mol/L～0.1mol/L氢氧化钠标准溶液的加入，待测溶液的电导率增加，并且电导率与氢氧化钠加入量呈线性关系时停止滴定；以电导率值为纵坐标，氢氧化钠标准溶液的滴定体积为横坐标作图绘制滴定曲线2；滴定曲线1和滴定曲线2的延长线的交点即为滴定终点，所对应的氢氧化钠体积即为待测溶液消耗氢氧化钠标准溶液的体积Ｖ

③采用相同的操作得到空白溶液消耗氢氧化钠标准溶液的体积Ｖ

（3）根据公式计算氮元素含量：

其中：V

V

c为氢氧化钠钠标准溶液的浓度，mol/L；

0.01401为与1.00mL氢氧化钠标准溶液相当的以克表示的氮的质量；

M试样的质量，g。

进一步地，本发明所述微波消解法制备待测溶液的具体操作为：

称取待测样品，加入酸解液进行微波消解，所述微波消解的具体过程为：

（1）在温度150℃～155℃，功率1500W下，微波消解5min～10min；

（2）升温至180℃～185℃，功率1500W下，微波消解5min～10min；

（3）升温至195℃～200℃，功率1800W下，微波消解15min～20min；

消解完成后，自然冷却至35℃～45℃，降压至常压；然后使用带有温度控制的电热板在通风厨中进行赶酸，电热板温度设置为170℃～175℃，待消解罐中液体剩余1mL±0.5mL时停止，定容至100mL，即得。

进一步地，本发明所述待测样品的称取量为0.2～0.5g，精确至0.001g。

进一步地，本发明所述酸解液为硝酸溶液、盐酸溶液和氢氟酸溶液的混合溶液，三者的体积比为3～6∶2～4∶1。

进一步地，本发明所述硝酸溶液的质量浓度为65%～70%、所述盐酸溶液的质量浓度为36%～38%、所述氢氟酸溶液的质量浓度为40%～45%。

进一步地，本发明所述甲醛溶液的浓度为250g/L，其配制过程为：量取676 mL含量为37.0%～40.0%的甲醛于1000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，使用前以10g/L酚酞指示液为指示剂，用0.1mol/L mol/L氢氧化钠标准溶液中和至中性。

进一步地，本发明所述0.05mol/L～0.1mol/L氢氧化钠标准溶液的每次滴定体积控制在0.10mL～0.50mL之间。

本发明技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的技术方案操作简便、快速、测定结果准确，且所用设备简单；消解后的溶液透明，无不溶物出现，消解完全。适用于大量样品较宽范围氮元素的检测，还能拓展到土壤氮含量的测定和食品中蛋白质的测定。

附图说明

图1为实施例1滴定曲线图。

具体实施方式

下面通过实施例来对本发明所述湿法测定氮化锰铁中氮的方法进行详细说明。

本发明提供了一种湿法测定氮化锰铁中氮含量的方法，包括以下步骤：

（1）使用微波消解法制备待测溶液；

称取0.2～0.5g待测样品，加入酸解液进行微波消解，所述微波消解的具体过程为：

（1）在温度150℃～155℃，功率1500W下，微波消解5min～10min；

（2）升温至180℃～185℃，功率1500W下，微波消解5min～10min；

（3）升温至195℃～200℃，功率1800W下，微波消解15min～20min；

消解完成后，自然冷却至35℃～45℃，降压至常压；然后使用带有温度控制的电热板在通风厨中进行赶酸，电热板温度设置为170℃～175℃，待消解罐中液体剩余1mL±0.5mL时停止，定容至100mL，即得；

所述酸解液为硝酸溶液、盐酸溶液和氢氟酸溶液的混合溶液，三者的体积比为3～6∶2～4∶1；所述硝酸溶液的质量浓度为65%～70%、所述盐酸溶液的质量浓度为36%～38%、所述氢氟酸溶液的质量浓度为40%～45%；

（2）电导率法测定待测溶液和空白溶液所消耗氢氧化钠标准溶液的体积，具体操作如下：

①在pH计的监测下，向待测溶液中逐滴滴加0.03mol/L～0.05mol/L 氢氧化钠标准溶液，调节pH值至6.20；然后向其中加入20mL中性甲醛溶液，轻轻混匀，测定其电导率并记录后，用0.05mol/L～0.1mol/L氢氧化钠标准溶液滴定，记录滴定体积与其对应的电导率值；以电导率值为纵坐标，氢氧化钠标准溶液的滴定体积为横坐标绘制滴定曲线1；

②当随着0.05mol/L～0.1mol/L氢氧化钠标准溶液的加入，待测溶液的电导率增加，并且电导率与氢氧化钠加入量呈线性关系时停止滴定；以电导率值为纵坐标，氢氧化钠标准溶液的滴定体积为横坐标作图绘制滴定曲线2；滴定曲线1和滴定曲线2的延长线的交点即为滴定终点，所对应的氢氧化钠体积即为待测溶液消耗氢氧化钠标准溶液的体积Ｖ

③采用相同的操作得到空白溶液消耗氢氧化钠标准溶液的体积Ｖ

（3）根据公式计算氮元素含量：

其中：V

V

c为氢氧化钠钠标准溶液的浓度，mol/L；

0.01401为与1.00mL氢氧化钠标准溶液相当的以克表示的氮的质量；

M试样的质量，g。

下面通过具体实施例进行详细说明，

实施例1

一种湿法测定氮化锰铁中氮含量的方法，包括以下步骤：

（1）待测溶液制备：称取0.2g待测样品于消解罐，加入12ml酸解液进行微波消解；所述酸解液由质量浓度为65%的硝酸溶液、质量浓度为36%的盐酸溶液和质量浓度为40%的氢氟酸溶液按体积比为3∶3∶1配制而成；微波消解的具体过程为：

①在温度155℃，功率1500W下微波消解10min；

②升温至185℃，功率1500W下继续微波消解10min；

③升温至200℃，功率1800W下继续微波消解15min；

消解完成后，自然冷却至35℃，降压至常压；然后使用带有温度控制的电热板在通风厨中进行赶酸，电热板温度设置为175℃，待消解罐中液体剩余1mL±0.5mL时停止，定容至100mL，即得。

（2）电导率法测定待测溶液和空白溶液所消耗氢氧化钠标准溶液的体积，具体操作如下：

①在pH计的监测下，向待测溶液中逐滴滴加0.05mol/L 氢氧化钠标准溶液，调节pH值至6.20；然后向其中加入20mL中性甲醛溶液，轻轻混匀，测定其电导率并记录后，用0.1mol/L 氢氧化钠标准溶液滴定，记录滴定体积与其对应的电导率值；以电导率值为纵坐标，氢氧化钠标准溶液的滴定体积为横坐标绘制滴定曲线1，见图1；

②当随着0.1mol/L氢氧化钠标准溶液的加入，待测溶液的电导率增加，并且电导率与氢氧化钠加入量呈线性关系时停止滴定；以电导率值为纵坐标，氢氧化钠标准溶液的滴定体积为横坐标作图绘制滴定曲线2，见图1；滴定曲线1和滴定曲线2的延长线的交点即为滴定终点，所对应的氢氧化钠体积即为待测溶液消耗氢氧化钠标准溶液的体积Ｖ

③采用相同的操作得到空白溶液消耗氢氧化钠标准溶液的体积Ｖ

（3）根据公式计算氮元素含量：

其中：V

V

c为氢氧化钠钠标准溶液的浓度，mol/L；

0.01401为与1.00mL氢氧化钠标准溶液相当的以克表示的氮的质量；

M试样的质量，g。

本实施例测定结果见表1。

精密度试验：

称取10份实施例1中的氮化锰铁样品，采用与实施例1相同的试验方法和条件测定样品中氮含量，重复测定10次，计算平均值、标准偏差、相对标准偏差，结果见表2。

准确度试验：

称取10份已知氮元素准确含量的氮化锰铁样品，每份1.0g，向其中加入0.5g实施例1中的氮化锰铁样品制成混合样品，采用与实施例1相同的试验方法与条件进行回收率试验，结果见3。

实施例2

与实施例1不同之处在于待测溶液制备过程不同、电导率法测定待测溶液和空白溶液所用氢氧化钠标准溶液的浓度不同，具体为：

（1）称取0.3g待测样品于消解罐，加入15ml酸解液进行微波消解；所述酸解液由质量浓度为68%的硝酸溶液、质量浓度为37%的盐酸溶液和质量浓度为42%的氢氟酸溶液溶液按体积比为6∶2∶1配制而成；微波消解的具体过程为：

①在温度150℃，功率1500W下微波消解7min；

②升温至180℃，功率1500W继续微波消解9min；

③升温至195℃，功率1800W下继续微波消解20min；

消解完成后，自然冷却至40℃，降压至常压；然后使用带有温度控制的电热板在通风厨中进行赶酸，电热板温度设置为170℃，待消解罐中液体剩余1mL±0.5mL时停止，定容至100mL，即得。

（2）电导率法测定待测溶液和空白溶液所消耗氢氧化钠标准溶液的体积，具体操作如下：

①在pH计的监测下，向待测溶液中逐滴滴加0.03mol/L 氢氧化钠标准溶液，调节pH值至6.20；然后向其中加入20mL中性甲醛溶液，轻轻混匀，测定其电导率并记录后，用0.07mol/L 氢氧化钠标准溶液滴定，记录滴定体积与其对应的电导率值；以电导率值为纵坐标，氢氧化钠标准溶液的滴定体积为横坐标绘制滴定曲线1；

②当随着0.07mol/L氢氧化钠标准溶液的加入，待测溶液的电导率增加，并且电导率与氢氧化钠加入量呈线性关系时停止滴定；以电导率值为纵坐标，氢氧化钠标准溶液的滴定体积为横坐标作图绘制滴定曲线2；滴定曲线1和滴定曲线2的延长线的交点即为滴定终点，所对应的氢氧化钠体积即为待测溶液消耗氢氧化钠标准溶液的体积Ｖ

③采用相同的操作得到空白溶液消耗氢氧化钠标准溶液的体积Ｖ

（3）根据公式计算氮元素含量。

本实施例测定结果见表1。

精密度试验：

称取10份实施例2中的氮化锰铁样品，采用与实施例2相同的试验方法和条件测定样品中氮含量，重复测定10次，计算平均值、标准偏差、相对标准偏差，结果见表2。

准确度试验：

称取10份已知氮元素准确含量的氮化锰铁标准样品，每份1.0g，向其中加入0.5g实施例2中的氮化锰铁样品制成混合样品，采用与实施例2相同的试验方法与条件进行回收率试验，结果见3。

实施例3

与实施例1不同之处在于待测溶液制备过程不同、电导率法测定待测溶液和空白溶液所用氢氧化钠标准溶液的浓度不同，具体为：

（1）称取0.4g待测样品于消解罐，加入10ml酸解液进行微波消解；所述酸解液由质量浓度为70%的硝酸溶液、质量浓度为38%的盐酸溶液和质量浓度为45%的氢氟酸溶液溶液按体积比为5∶4∶1配制而成；微波消解的具体过程为：

①在温度153℃，功率1500W下微波消解8min；

②升温至182℃，功率1500W下继续微波消解5min；

③升温至200℃，功率1800W下继续微波消解18min；

消解完成后，自然冷却至45℃，降压至常压；然后使用带有温度控制的电热板在通风厨中进行赶酸，电热板温度设置为170℃，待消解罐中液体剩余1mL±0.5mL时停止，定容至100mL，即得。

（2）电导率法测定待测溶液和空白溶液所消耗氢氧化钠标准溶液的体积，具体操作如下：

①在pH计的监测下，向待测溶液中逐滴滴加0.04mol/L 氢氧化钠标准溶液，调节pH值至6.20；然后向其中加入20mL中性甲醛溶液，轻轻混匀，测定其电导率并记录后，用0.05mol/L 氢氧化钠标准溶液滴定，记录滴定体积与其对应的电导率值；以电导率值为纵坐标，氢氧化钠标准溶液的滴定体积为横坐标绘制滴定曲线1；

②当随着0.05mol/L氢氧化钠标准溶液的加入，待测溶液的电导率增加，并且电导率与氢氧化钠加入量呈线性关系时停止滴定；以电导率值为纵坐标，氢氧化钠标准溶液的滴定体积为横坐标作图绘制滴定曲线2；滴定曲线1和滴定曲线2的延长线的交点即为滴定终点，所对应的氢氧化钠体积即为待测溶液消耗氢氧化钠标准溶液的体积Ｖ

③采用相同的操作得到空白溶液消耗氢氧化钠标准溶液的体积Ｖ

（3）根据公式计算氮元素含量。

本实施例测定结果见表1。

精密度试验：

称取10份实施例3中的氮化锰铁样品，采用与实施例3相同的试验方法和条件测定样品中氮含量，重复测定10次，计算平均值、标准偏差、相对标准偏差，结果见表2。

准确度试验：

称取10份已知氮元素准确含量的氮化锰铁标准样品，每份1.0g，向其中加入0.5g实施例3中的氮化锰铁样品制成混合样品，采用与实施例3相同的试验方法与条件进行回收率试验，结果见3。

实施例4

与实施例1不同之处在于待测溶液制备过程不同、电导率法测定待测溶液和空白溶液所用氢氧化钠标准溶液的浓度不同，具体为：

（1）称取0.5g待测样品于消解罐，加入8ml酸解液进行微波消解；所述酸解液由质量浓度为70%的硝酸溶液、质量浓度为38%的盐酸溶液和质量浓度为45%的氢氟酸溶液溶液按体积比为4∶2.5∶1配制而成；微波消解的具体过程为：

①在温度150℃，功率1500W下微波消解5min；

②升温至180℃，功率1500W下继续微波消解7min；

③升温至198℃，功率1800W下继续微波消解20min；

消解完成后，自然冷却至30℃，降压至常压；然后使用带有温度控制的电热板在通风厨中进行赶酸，电热板温度设置为175℃，待消解罐中液体剩余1mL±0.5mL时停止，定容至100mL，即得。

（2）电导率法测定待测溶液和空白溶液所消耗氢氧化钠标准溶液的体积，具体操作如下：

①在pH计的监测下，向待测溶液中逐滴滴加0.05mol/L 氢氧化钠标准溶液，调节pH值至6.20；然后向其中加入20mL中性甲醛溶液，轻轻混匀，测定其电导率并记录后，用0.08mol/L 氢氧化钠标准溶液滴定，记录滴定体积与其对应的电导率值；以电导率值为纵坐标，氢氧化钠标准溶液的滴定体积为横坐标绘制滴定曲线1；

②当随着0.08mol/L氢氧化钠标准溶液的加入，待测溶液的电导率增加，并且电导率与氢氧化钠加入量呈线性关系时停止滴定；以电导率值为纵坐标，氢氧化钠标准溶液的滴定体积为横坐标作图绘制滴定曲线2；滴定曲线1和滴定曲线2的延长线的交点即为滴定终点，所对应的氢氧化钠体积即为待测溶液消耗氢氧化钠标准溶液的体积Ｖ

③采用相同的操作得到空白溶液消耗氢氧化钠标准溶液的体积Ｖ

（3）根据公式计算氮元素含量。

本实施例测定结果见表1。

精密度试验：

称取10份实施例4中的氮化锰铁样品，采用与实施例4相同的试验方法和条件测定样品中氮含量，重复测定10次，计算平均值、标准偏差、相对标准偏差，结果见表2。

准确度试验：

称取10份已知氮元素准确含量的氮化锰铁标准样品，每份1.0g，向其中加入0.5g实施例4中的氮化锰铁样品制成混合样品，采用与实施例4相同的试验方法与条件进行回收率试验，结果见3。

表1 实施例1-4中氮化锰铁测试样品的氮元素含量

表2 实施例1-4精密度试验结果

表3 实施例1-4准确度试验结果

从表1-表3可知，各实施例中氮含量测定的回收率均在99.2%～101.4%之间，且重复性好，相对偏差小，说明本发明提供的技术方案可准确测定氮化锰铁中氮的含量。