Способ определения примесей в никеле, меди, кобальте и их порошках с использованием синтетических оксидных стандартных образцов

 

Изобретение относится к измерительной технике. Способ включает подготовку анализируемой пробы и синтетического стандартного образца к анализу с получением их в форме таблеток, подачу таблеток в зону разряда дуги постоянного тока, экспонирование при анодной, затем при катодной полярности образцов и регистрацию спектров. Подготовку пробы и стандартного образца к анализу осуществляют смешиванием их с буферным веществом, в качестве которого используют для синтетического стандартного образца медь, никель или кобальт особой чистоты, а для анализируемой пробы оксид соответствующего металла при соотношении анализируемой пробы или синтетического стандартного образца и буферного вещества 1:1. Технический результат - снижение длительности и трудоемкости определения. 3 з.п.ф-лы, 7 табл.

Изобретение относится к области спектральных методов анализа для определения химического состава никеля, меди, кобальта, а именно к определению содержания примесей атомно-эмиссионным спектральным методом анализа с использованием дуги постоянного тока в "глобульном" варианте.

Метод спектрального анализа никеля [1], меди [2], кобальта [3] на примеси в настоящее время является одним из основных средств аналитического контроля готовой продукции. Метод атомно-эмиссионого спектрального анализа никеля, меди, кобальта на примеси, основанный на использовании дуги постоянного тока в так называемом "глобульном" варианте, предусматривает: подготовку анализируемой пробы и оксидного стандартного образца к анализу, включающую окисление проб никеля, меди, кобальта азотной кислотой до оксида, выпаривание, прокаливание, взятие навесок, таблетирование, и подготовку синтетических оксидных стандартных образцов для градуировки, включающую взвешивание и таблетирование. Подготовленные таким образом таблетки анализируемой пробы и стандартного образца подаются в зону разряда для экспонирования при анодной, затем при катодной полярности образцов, регистрации спектров. Исходная проба берется, например, в виде стружки.

Недостатком известного способа являются длительность проведения анализа и трудоемкость способа.

Техническим результатом изобретения является снижение длительности и трудоемкости процесса.

Технический результат достигается тем, что в способе определения примесей в никеле, меди, кобальте и их порошках спектральным методом с использованием синтетических оксидных стандартных образцов, включающем подготовку пробы и синтетического стандартного образца к анализу с получением их в виде таблетки, атомно-эмиссионный спектральный анализ с использованием дуги постоянного тока в "глобульном" варианте путем подачи таблетки в зону разряда, экспонирования при анодной, затем при катодной полярности образцов, регистрации спектров, построения градуировочных графиков и определение массовых долей определяемых элементов по градуировочным графикам, согласно изобретению, подготовка пробы и стандартного образца к анализу осуществляется смешиванием их с буферным веществом при соотношении 1:1 с использованием в качестве буферного вещества для синтетических стандартных оксидных образцов металлических никеля, меди, кобальта особой чистоты, а для анализируемой пробы, взятой в виде металлического порошка, тонкой стружки или чешуек, оксида соответствующего металла. В качестве буфера для оксидного синтетического стандартного образца состава никеля может быть использован, в частности, карбонильный никелевый порошок, для синтетических оксидных стандартных образцов состава меди - медь двойного рафинирования, для синтетических оксидных стандартных образцов состава кобальта - электролитический кобальт.

Обычно "глобульный" метод атомно-эмиссионого спектрального анализа предполагает в качестве одного из электродов дуги расплав окислов металла, что требует предварительного окисления анализируемого образца. При использовании металлической глобулы наблюдаются разбрызгивание и потери анализируемого материала в процессе горения. Поэтому способ использования глобулы в случае анализа непосредственно из металла не нашел широкого применения. Для обеспечения стабильной работы глобульной дуги расплав пробы должен непременно содержать окислы. В результате проведенных экспериментов установлено, что оксид никеля, меди, кобальта, добавляемый к металлической пробе, взятой в виде порошка, тонкой стружки или чешуек, в определенном соотношении обеспечивает стабильное функционирование разряда, опирающегося на расплавленную каплю смеси, и обеспечивает воспроизводимое поступление паров вещества в излучающее облако. Добавление к синтетическим оксидным стандартным образцам буферного вещества, в качестве которого используется металлический никель, медь и кобальт особой чистоты (содержание примесей ~10^-4-10^-6 степени), исключает искажение результатов по определению содержания примесей и тем самым позволяет достичь требуемую точность анализа. Заявленные соотношения количеств стандартного образца и буферного вещества и анализируемой пробы и буферного вещества обеспечивают стабильную работу "глобульной" дуги.

Методика проведения экспериментов заключалась в следующем.

По прототипу навеску пробы массой 5-10 г помещали в чашу из кварцевого стекла для растворения. К пробе приливали порциями по 3-5 см³ азотной кислоты, разбавленной 1:1, до полного растворения навески при нагревании. Раствор выпаривали для удаления избытка азотной кислоты и до получения сухих солей, не допуская разложения азотнокислых солей до оксидов. Чашу с сухими солями помещали в муфельную печь, нагретую до температуры 825±25^oС и выдерживали при этой температуре 15-20 мин. Полученные оксиды охлаждали, измельчали до получения порошка в ступке или другим методом, исключающим загрязнение материала пробы. От порошка отбирали три навески массой 0,200-1,000 г в зависимости от условий проведения анализа и массовых долей определяемых элементов и таблетировали их с помощью пресса и пресс-формы. Пресс-форму очищали от остатков пробы.

Стандартные образцы состава никеля в виде оксидов подготавливали к анализу, не проводя их через стадию растворения в азотной кислоте.

Подготовленные таблетки пробы и стандартного образца помещали на электрод-подставку. Электрод-подставку с помещенной на него таблеткой пробы или стандартного образца включали в качестве анода дуги. Регистрацию спектра начинали только после перехода анодного пятна дуги на расплав пробы.

По измерениям, полученным на первом этапе, определяли легколетучие элементы: висмут, кадмий, мышьяк, олово, свинец, серебро, сурьму, таллий, теллур, цинк, фосфор и селен.

Образующийся при проведении первого этапа королек помещали на свежезаточенную подставку и включали ее в качестве катода дуги. Регистрацию спектра начинали после перехода катодного пятна дуги с подставки на расплавленную часть королька. По измерениям, полученным на втором этапе, определяли труднолетучие элементы: алюминий, железо, кальций, кобальт, кремний, магний, марганец, медь, тантал.

В спектрах проб и стандартных образцов измеряли интенсивности аналитических линий элементов и линий сравнения и определяли содержание примесей. Время проведения анализа одной пробы составило 6 часов.

По предлагаемому способу навески анализируемой пробы и буферного вещества могут варьироваться от 0,1 до 0,6 г в зависимости от поставленной задачи. В качестве буферного вещества для синтетического оксидного стандартного образца пригодны металлическая медь с содержанием меди не менее 99,995%, никель не менее 99,90%, кобальт не менее 99,98%. Оксиды меди, никеля и кобальта, добавляемые в качестве буферного вещества к металлической пробе, получены по методике, описанной в прототипе, т.е. растворением металлической меди, никеля или кобальта, взятых в качестве буфера для стандартного образца, в азотной кислоте особой чистоты с последующим выпариванием, прокаливанием, измельчением полученного оксида до порошка. В ходе проведения экспериментов были использованы имеющиеся металлы, отвечающие требованиям к особо чистым веществам: карбонильный никелевый порошок с содержанием никеля 99,90%, электролитический кобальт, содержащий 99,98% кобальта, медь двойного электролиза с содержанием меди 99,998%. В зависимости от поставленной задачи могут быть использованы более чистые металлы и оксиды, полученные из этих металлов: кобальт 99,998% (присутствие никеля <0,0001%, железа <0,0003%), медный порошок 99,999%, никелевый порошок 99,996%. Далее анализируемую пробу никеля, меди или кобальта смешивали с буферным веществом 1: 1 (таблица 1), а синтетический оксидный стандартный образец - с соответствующим металлом.

Полученную смесь таблетировали с помощью пресса и пресс-формы. Таблетку пробы и стандартных образцов помещали на электрод-подставку. Электрод-подставку с помещенной на него таблеткой пробы или стандартного образца включали в качестве анода дуги. Регистрацию спектра начинали только после перехода анодного пятна дуги на расплав пробы. По измерениям, полученным на первом этапе, определяли легколетучие элементы. Образующийся при проведении первого этапа королек помещали на свежезаточенную подставку и включали ее в качестве катода дуги. Регистрацию спектра начинали после перехода катодного пятна дуги с подставки на расплавленную часть королька. По измерениям, полученным на втором этапе, определяли труднолетучие элементы. В спектрах проб и стандартных образцов измеряли интенсивности аналитических линий элементов и линий сравнения.

По вычисленным значениям ΔS_cp для стандартных образцов строили градуировочные графики в координатах ΔS - lgC, где С - массовая доля определяемого элемента в процентах. По значениям ΔS_ср для анализируемых проб находят массовые доли определяемых элементов по соответствующим градуировочным графикам.

Химический состав карбонильного никелевого порошка, меди двойного рафинирования, электролитического кобальта приведен в таблицах 2, 3, 4.

Результаты определения примесей в никеле, кобальте и меди по разработанному способу представлены в таблицах 5, 6, 7.

Как видно из приведенных данных таблиц 5, 6, 7, результаты определения примесей в меди, никеле и кобальте хорошо согласуются с аналогичными величинами, полученными по известному техническому решению [1, 2, 3], и с аттестованными значениями. При этом анализ одной пробы составляет 30 минут. Таким образом, предлагаемый способ позволяет сократить время проведения анализа в 12 раз, сэкономить материальные ресурсы, решить вопросы улучшения экологической обстановки.

Литература 1. ГОСТ 6012-98 Никель. Методы химико-атомно-эмиссионного спектрального анализа.

2. ГОСТ 27981.3-88 Медь высокой чистоты. Метод эмиссионно-спектрального анализа с фотоэлектрической регистрацией спектра.

3. ГОСТ 8776-99 Кобальт. Методы химико-атомно-эмиссионного спектрального анализа.

Формула изобретения

1. Способ определения примесей в никеле, меди, кобальте и их порошках с использованием синтетических оксидных стандартных образцов, включающий подготовку анализируемой пробы и синтетического стандартного образца к анализу с получением их в форме таблеток, подачу таблеток в зону разряда дуги постоянного тока, экспонирование при анодной, затем при катодной полярности образцов, регистрацию спектров, построение градуировочных графиков и определение массовых долей определяемых элементов по соответствующим градуировочным графикам, отличающийся тем, что подготовку пробы и стандартного образца к анализу осуществляют смешиванием их с буферным веществом, в качестве которого используют для синтетического стандартного образца металлические медь, никель или кобальт особой чистоты, а для анализируемой пробы, взятой в форме металлического порошка, тонкой стружки или чешуек, - оксид соответствующего металла при соотношении анализируемой пробы или синтетического стандартного образца к буферному веществу 1: 1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве буферного вещества для синтетических стандартных образцов состава никеля используется карбонильный никелевый порошок.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для синтетических оксидных стандартных образцов состава меди в качестве буферного вещества используется медь двойного рафинирования.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве буферного вещества для синтетических стандартных образцов состава кобальта используется электролитический кобальт.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7