本站原创[摘 要]：金属材料是目前应用最为广泛的材料,在计算机、机械等领域都有广泛应用.而金属材料的分类也很多样,包括金属、合金及纯金属等,因此在金属材料的元素化学分析上也有许多不同的方法.笔者就结合目前较为常用的几种分析方法进行了分析,对其中需要注意的问题进行了探讨.
[关 键 词]金属材料；元素化学分析；分析方法
中图分类号：O65文献标识码：A文章编号：
随着经济的不断发展,对金属材料的需求也日益增加,一些比较复杂的金属材料进入市场.这些金属材料通常具有优良的性能,但是仅仅通过表面特征来分析金属材料的成分是不全面的,需要通过科学的元素化学分析方法对金属材料的内部构造及元素组成进行分析,这样才可以更好地利用这些金属材料,发挥他们的价值.
1.金属材料元素化学分析方法
1.1滴定分析法
滴定分析法是金属材料元素化学分析中较为传统的一种,该方法主要采用标准浓度的试剂,通过一定的化学反应,对金属材料中的金属离子含量进行测定,等到金属材料中的元素全部反应完成后,就到达滴定终点.这个滴定终点也就是待测金属离子和标准试剂完全反应的那个点[1].这种方法既简便,准确度也相对较高.
在进行滴定分析时应该首先将被测物质的溶液置于一定的容器（锥形瓶或烧杯）中,然后在容器中加入适量的指示剂,然后在容器中再利用滴定管逐滴地加入标准溶液.在确定滴定剂时既要考虑种类,也要考虑计量,要确保滴入的滴定剂的量与被测物质的量等同,能够恰好反应,这时化学反应也就达到了理论终点.这种化学计量点往往因为现象不明显,不易被人们察觉,因此需要在反应中加入指示剂,根据指示剂颜色的改变来确定终点,一旦指示剂颜色发生改变,那么就指示滴定到此结束.通过滴定观察的现象便可以确定金属材料中的元素.
1.2电化学分析法
电化学分析方法是目前金属材料元素化学分析中最为广泛的方法,它主要利用金属材料的电化学性质与金属材料的含量之间的关系,通过对其关系进行分析从而了解金属材料元素的一类方法[1].
电化学分析方法主要包括极谱法、循环伏安法、溶出伏安法等,这种方法具有灵敏度高的特点,并且对金属材料的元素能够进行选择,同时电化学分析方法还具有工作电极多样化的优点,因此电化学方法能够广泛适用于金属材料的元素化学分析.但是电化学方法在实际的操作中比较复杂,受外界的环境影响比较大,在进行金属材料元素化学分析时的准确度比较低,因此电化学方法还需要进行优化.
1.3仪器分析法
仪器分析法主要是利用高精度的仪器对金属材料中的元素进行测定,其中应用最为广泛的便是分光光度法以及原子发射光谱法.分光光度法主要采用分光光度计来定量分析金属元素表征,金属元素在不同波长光中的折射,通过测定不同元素的吸收强度,利用吸收光谱曲线定量分析在金属材料中的元素,明确金属材料中各元素的含量与浓度.
除了分光光度法,仪器分析法还包括原子发射光谱法.原子发射光谱法采用的是ICP,在一定条件下,元素的离子或原子会受到激发,从而产生光谱线.而这种光谱线具有一定的特征,由内向外发射,这样就可以利用光谱线来定量分析金属材料中的元素.原子发射光谱法普遍应用于对金属材料元素的分析上.
2.金属材料元素化学分析方法的注意事项
2.1分析所用的金属材料的取样和制样
在分析钢铁金属材料中的元素时应选取具有代表性的钢液或钢零件.如果需要对样品进行切割,那么就需要保证材料压碎、混合均匀,如果金属表面有氧化的污垢,那么在进行元素分析前就需要对金属材料进行清洗,去除表面氧化的铁和污垢.对于金属材料表面的灰尘以及氧化层,分析人员需要预先进行相应的清洁处理,这样才可以保证分析所用的金属材料符合分析要求.
2.2标准溶液的配制
标准溶液是许多元素化学分析法中需要配制的,它作为实验的标准参照物,在配制时的要求比较高.在配制标准溶液时需要注意配制所用水以及配制溶质的仪器使用,除此之外外界环境也是在配制标准溶液时需要着重考虑的因素.
首先配制标准溶液的所用水必须满足分析要求,如果没有特殊强调,通常情况下会采用蒸馏水,如果标准溶液有特殊要求,那么就需要对标准溶液进行特殊处理,确保所配溶液可以满足元素化学分析的要求.比如在配制EDTA溶液时需要中和HCl,在选择指示剂时要用红,而不能用酚酞,这是因为氨水中和盐酸会产生NH4Cl,呈弱酸性,酚酞只能做碱性指示剂,因此不能作指示剂,因此在选择指示剂也要针对不同溶液的特性进行选择.
在称量溶质时常需要采用分析天平,因此在制备标准溶液前需要预先对分析天平进行校准,而砝码、滴定管、移液管、容量瓶等则需要按时进行校正,在使用玻璃器皿时还需要清洗干净.
配制标准溶液时外界环境还会对其产生影响,特别是温度,不同的标准溶液对温度有不同的要求,通常情况下为20℃[2].如果有指定的温度,那么在配制时还需要对温度进行控制,保证标准溶液浓度的标定是在温度要求下进行的.这里需要强调的是,在配制标准溶液时会产生一定的体积消耗,也就会对金属材料的元素分析造成不同程度的误差,在进行标定时需要对滴定速度进行控制,确保标准溶液的体积消耗量要满足误差要求.
2.3元素化学分析的结果处理
不同的分析方法得到的数据不同,误差也有很大出入,受主观与客观因素的限制,测得的结果必然存在一定的误差,特别是不同化学分析方法采用的仪器精密度不同,因此在对金属材料进行元素化学分析时不仅需要对试样的含量进行测定,对有可能产生误差的原因也要进行分析,尽可能地使分析结果接近客观真实值.
在分析前需要对数据进行收集,而后深入挖掘数据,挖掘数据的角度不同,方法也不同,其中应用最为广泛的便是分类、回归分析等,在选择挖掘数据方法时需要结合分析数据的实际情况进行选择,而后再将分析的结果制成图表,这样更有利于数据的分析处理.2.4根据金属材料特性和元素特性选择适合的分析方法
针对不同的金属材料特性和元素特性,化学分析方法也有所不同.比如针对稀土元素,EDTA分子中的羧基属硬碱,其所含的氨基属中间碱,与稀土元素可以形成稳定或较稳定的螯合物,因此在对稀土元素进行元素分析时需要采用滴定分析的方法.除了稀土元素,还要许多金属材料与元素需要有选择性地根据实际的特性进行化学分析,因此在进行元素分析前需要事先收集资料,选择合适的分析方法.
3.金属材料分析方法的未来发展趋势
随着近几年科学技术的不断发展,金属材料的应用也愈加广泛,材料中的元素也更为复杂,这就对金属材料中的元素分析提出了更高的要求.现阶段的分析方法往往受外界环境影响较大,准确度也很低,特别是操作起来普遍复杂,这直接影响了元素分析的效率,因此未来的金属材料元素分析方法必将向更为便捷、精度更高的方向发展.
分析人员需要寻找更为快速、准确的分析方法作为金属材料的元素分析依据.金属材料的元素分析要想达到高效的目的既需要便捷的分析方法,也需要准确的分析仪器.金属材料元素分析时如何更加高效彻底地分解样品是目前困扰元素分析的主要问题,未来的金属材料元素分析必将在此方面更加深入地研究[3].受金属材料元素的复杂性影响,未来的金属材料元素分析还会向高选择性、高灵敏度的方向发展,深入研究适用于金属材料元素分析的方法.在仪器的分析技术上还需要深入研究,开发便携式仪器最大程度地使仪器分析技术满足金属材料元素分析的要求,使金属材料的元素分析可以更快地适应现场快速分析的要求.目前应用最为广泛的便是手持式荧光光谱仪,这类荧光光谱仪体型小巧,测量的精准度较高,适应性较强,能够在各种环境中施用,甚至在雨中作业时都能确保设备正常运转,使用方便,因此被广泛应用在金属材料的元素分析中.同时未来的金属材料元素分析还需要深入研究多元素同时测定技术,这样便可以最大程度上地减少操作程序,提高检测效率.
4.结语
随着社会经济的不断发展,在各领域对金属材料的需求也愈加增多,金属材料元素的复杂性对金属材料的元素分析提出了更高的要求,而仅仅通过表面特征来分析金属材料的成分并不全面,金属材料更需要通过科学的元素化学分析方法对其内部构造及元素组成进行分析.本文就针对几种元素分析方法进行了探究,并对未来发展趋势做了展望,希望能够起到一定的借鉴作用.