Tiêu chuẩn TCVN 8508:2010 Xác định hàm lượng vanadi trong gang thép bằng phổ N-BPHA

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 8508:2010

ISO 4942:1988

THÉP VÀ GANG - XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG VANADI - PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ N-BPHA

Steel and iron - Determination of vanadum content - N-BPHA spectrophotometric method

Lời nói đầu

TCVN 8508:2010 hoàn toàn tương đương với ISO 4942:1988.

TCVN 8508:2010 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 17 Thép biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

THÉP VÀ GANG - XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG VANADI - PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ N-BPHA

Steel and iron - Determination of vanadum content - N-BPHA spectrophotometric method

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp quang phổ N-BPHA để xác định hàm lượng vanadi trong thép và gang.

Phương pháp này áp dụng cho hàm lượng vanadi trong phạm vi 0,005% (khối lượng) và 0,50 % (khối lượng).

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu dưới đây là rất cần thiết đối với việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với tài liệu có ghi năm công bố, áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu không có năm công bố, áp dụng phiên bản mới nhất kể cả các sửa đổi, nếu có.

TCVN 1811:2009 (ISO 14284:1996) Thép và gang - Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu thử để xác định thành phần hóa học.

TCVN 4851 (ISO 3696), Nước dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.

TCVN 6910 (ISO 5725), Độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của phương pháp đo và kết quả đo.

TCVN 7149 (ISO 385), Dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh - Buret.

TCVN 7151 (ISO 648), Dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh - Pipet một mức.

TCVN 7153 (ISO 1042), Dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh - Bình định mức.

3. Nguyên tắc

Hòa tan khối lượng mẫu phân tích bằng các axit thích hợp.

Thêm axit ortophotphoric vào một phần thể tích dung dịch đó để loại trừ ảnh hưởng của sắt, thêm kali pemanganat để oxy hóa vanadi tới trạng thái hóa trị năm.

Khử chọn lọc lượng dư kali pemanganat bằng natri nitrit với sự có mặt của urê và dùng N-BPHA và axit clohydric để tạo phức, sau đó phức này được chiết sang triclorometan.

Đo quang phổ ở bước sóng 535 nm.

4. Thuốc thử

Trong quá trình phân tích, nếu không có thỏa thuận nào khác, thì chỉ sử dụng thuốc thử được chứng nhận tinh khiết phân tích và chỉ dùng nước cất hoặc nước có độ tinh khiết tương đương.

4.1. Axit clohydric, r = 1,19 g/ml;

4.2. Axit clohydric, r = 1,19 g/ml, dung dịch pha loãng 4+1

4.3. Axit nitric, r = 1,40 g/ml;

4.4. Axit pecloric, r = 1,67 g/ml;

4.5. Axit ortophophoric, r = 1,71 g/ml;

4.6. Axit ortophophoric, r = 1,71 g/ml, dung dịch pha loãng 1+1;

4.7. Hỗn hợp axit clohydric/ axit nitric.

Khuấy đều 3 thể tích axit clohydric (4.1) với 1 thể tích axit nitric (4.3). Pha chế ngay khi cần.

4.8. Hydro peoxit, dung dịch 300 g/l;

4.9. Natri nitrit, dung dịch 3 g/l;

4.10. Urê, dung dịch 250 g/l;

4.11. Natri tripoliphotphat (Na₅P₃O₁₀), dung dịch 100 g/l;

4.12. Kali pemanganat, dung dịch 3 g/l;

4.13. Triclorometan (clorofom)

4.14. N-BPHA, dung dịch 2,5 g/l trong triclorometan;

Hòa tan 0,25 g N-benzoylphenylhydroxylamin [C₆H₅CON(OH)C₆H₅] trong 100 ml triclorometan (4.13). Điều chế mới hoặc bảo quản trong bình nâu.

4.15. Sắt, dung dịch 10 g/l.

Dùng cân có độ chính xác 0,001 g, cân 5,0 g sắt tinh khiết không có vanadi hoặc có hàm lượng vanadi càng thấp càng tốt và đã biết chính xác. Chuyển vào cốc 500 ml, đậy cốc bằng mặt kính đồng hồ và cho vào 100 ml dung dịch hỗn hợp axit clohydric/axit nitric (4.7). Sau khi ngừng sủi bọt, đun nhẹ cho đến tan hoàn toàn.

Thêm 100 ml axit pecloric (4.4) và nâng nhiệt độ cho đến khi khói axit pecloric hồi lưu trong cốc. Tiếp tục bốc trong 3 min.

Làm nguội, thêm 100 ml nước nóng và lắc cho đến tan muối. Thêm một vài giọt hydro peoxit (4.8), đun từ từ đến sôi và giữ sôi trong phạm vi 2 min. Làm nguội, chuyển vào bình định mức 500 ml, thêm nước đến vạch và lắc kỹ

4.16. Vanadi, các dung dịch tiêu chuẩn.

4.16.1. Dung dịch gốc, tương ứng với 1,0 g V trên lít.

Sấy khô một vài gam amoni metavanadat (NH₄VO₃) trong một tủ sấy không khí ở nhiệt độ 100 °C đến 105 °C (xem chú thích) trong ít nhất một giờ và làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng. Dùng cân có độ chính xác 0,0001 g, cân 2,296 g sản phẩm sấy khô, chuyển vào cốc 600 ml, cho vào 400 ml nước nóng và đun đến sôi cho tan. Làm nguội dung dịch, chuyển dung dịch vào bình định mức 1000 ml, pha loãng bằng nước đến vạch và lắc kỹ.

1 ml dung dịch gốc này chứa 1,0 mg V.

CHÚ THÍCH: Nhiệt độ sấy vượt quá 110 °C sẽ làm phân hủy amoni metavanadat. Phải đảm bảo nhiệt độ sấy chính xác như đã quy định.

4.16.2. Dung dịch tiêu chuẩn vanadi, tương ứng với 50 mg V trên lít.

Chuyển 5,0 ml dung dịch gốc vanadi (4.16.1) vào bình định mức 100 ml, pha loãng bằng nước đến vạch và lắc kỹ.

1 ml dung dịch tiêu chuẩn này chứa 50 mg V.

5. Thiết bị, dụng cụ

5.1. Sử dụng dụng cụ thông dụng của phòng thí nghiệm và

5.2. Máy quang phổ.

5.3. Tất cả dụng cụ thủy tinh đo thể tích phải là loại A phù hợp với TCVN            7149 (ISO 385), TCVN 7151 (ISO 648) hoặc TCVN 7153 (ISO 1042).

6. Lấy mẫu

Tiến hành lấy mẫu thép và gang phù hợp với TCVN 1811 (ISO 14284).

7. Cách tiến hành

CẢNH BÁO: Hơi axit pecloric có thể gây nổ khi gặp khí amoniac, khói nitơrơ hoặc chất hữu cơ nói chung.

7.1. Khối lượng mẫu phân tích

Dùng cân có độ chính xác 0,001 g, cân khối lượng nêu dưới đây, tùy theo hàm lượng vanadi dự tính:

a) Hàm lượng vanadi từ 0,005 % (khối lượng) đến 0,10 % (khối lượng), khối lượng mẫu 1,0 g

b) Hàm lượng vanadi từ 0,10 % (khối lượng) đến 0,20 % (khối lượng), khối lượng mẫu 0,50 g

c) Hàm lượng vanadi từ 0,20 % (khối lượng) đến 0,50 % (khối lượng), khối lượng mẫu 0,20 g

7.2. Thí nghiệm trắng

Tiến hành thí nghiệm trắng song song và lần lượt theo cùng một cách thức với việc xác định mẫu phân tích, sử dụng cùng những số lượng với tất cả các thuốc thử như đã chỉ rõ trong 7.3.2 và 7.3.3, nhưng dung dịch mẫu phân tích được thay bằng dung dịch sắt tinh khiết (4.15).

7.3. Tiến hành xác định

7.3.1. Chuẩn bị dung dịch mẫu phân tích

Chuyển khối lượng mẫu phân tích (7.1) (xem 9.1) vào cốc 250 ml, đậy mặt kính đồng hồ và cho vào 20 ml đến 30 ml hỗn hợp axit clohydric/axit nitric (4.7). Sau khi ngừng sủi bọt, đun nhẹ cho đến tan hoàn toàn.

Thêm 15 đến 20 ml axit pecloric (4.4) và nâng nhiệt độ cho đến khi khói axit pecloric hồi lưu trong cốc và tiếp tục bốc trong 3 min.

Làm nguội, thêm 30 ml nước nóng và lắc cho đến tan muối. Thêm từng giọt hydro peoxit (4.8) để khử crom, đun từ từ đến sôi và giữ dung dịch sôi từ 1 min đến 2 min để phân hủy lượng dư hydro peoxit.

Sau khi làm nguội, lọc qua giấy lọc định lượng chảy trung bình và thu dung dịch lọc vào một bình định mức 100 ml, rửa giấy lọc vài lần bằng nước nóng. Pha loãng bằng nước đến vạch và lắc kỹ.

7.3.2. Ôxy hóa vanadi

Chuyển 25,0 ml dung dịch phân tích (xem 7.3.1) vào phễu chiết 125 ml. Cho vào 2 ml axit ortophotphoric (4.6) (xem 9.2 và 9.3) và 5,0 ml nước và xoay lắc đều.

Thêm 8,0 ml dung dịch kali pemanganat (4.12), lắc đều và để yên 4 min. Thêm vào 5,0 ml dung dịch ure (4.10) sau đó vừa lắc vừa cho từng giọt một, 1,0 ml natri nitrit (4.9) (xem 9.4). Để yên trong 1 min.

7.3.3. Tạo màu và chiết

Thêm vào 25,0 ml axit clohydric (4.2) và 10 ml dung dịch triclorometan N-BPHA (4.14) và lắc trong 45 s.

Khi các lớp đã phân tách, tháo pha hữu cơ lọc qua giấy lọc khô đặt trên phễu lọc thường hoặc qua một lớp bông hấp thụ đặt trong đuôi phễu chiết vào bình định mức 50 ml, giữ pha nước lại.

Thêm 10,0 ml dung dịch triclorometan (4.13) vào pha nước còn lại trong phễu chiết và lắc trong 30 giây. Để cho lắng, gộp pha hữu cơ này vào phần dung dịch chiết chính, thêm triclormetan (4.13) đến vạch và lắc đều (xem chú thích).

CHÚ THÍCH: Để đảm bảo điều kiện lên màu giống nhau cho mẫu phân tích và dung dịch tiêu chuẩn, thực hiện mỗi dung dịch lần lượt qua các bước từ oxy hóa vanadi (7.3.2) đến chiết (7.3.3), tránh lên màu hàng loạt và thực hiện từng quá trình không chậm trễ trừ khi có những chỉ dẫn khác.

7.3.4. Đo quang phổ

Tiến hành đo quang phổ của dung dịch phân tích ở bước sóng 535 nm với cuvet có độ dày 1cm, sau khi điều chỉnh máy quang phổ (xem điều 5) có độ hấp thụ quang bằng 0 so với dung dịch triclorometan (4.13).

7.4. Xây dựng đường chuẩn

7.4.1. Chuẩn bị dung dịch chuẩn

Lần lượt cho 25,0 ml dung dịch sắt (4.15) vào một loạt phễu chiết 125 ml. Thêm vào những thể tích dung dịch tiêu chuẩn vanadi (4.16.2) và nước như nêu trong Bảng 1, lắc đều và thực hiện như quy định trong 7.3.2 và 7.3.3, nhưng bỏ qua việc thêm 5 ml nước đã nêu trong 7.3.2.

Bảng 1

7.4.2. Đo quang phổ

Tiến hành đo quang phổ của từng dung dịch ở bước sóng 535 nm, sau khi điều chỉnh máy quang phổ về độ hấp thụ quang bằng 0 so với mẫu chuẩn "không" của các dung dịch tiêu chuẩn.

7.4.3. Vẽ đồ thị chuẩn

Dựng đồ thị chuẩn bằng cách vẽ kết quả độ hấp thụ quang so với nồng độ vanadi tính ra microgram trên mililit trong dung dịch đo.

8. Tính toán kết quả

8.1. Phương pháp tính

Chuyển đổi độ hấp thụ quang đo được ở 7.3.4 ra nồng độ tương ứng, tính bằng microgram trên mililit, của vanadi trong dung dịch mẫu phân tích đã lên màu bằng cách sử dụng đồ thị chuẩn được vẽ trong 7.4.3.

Hàm lượng vanadi (V), biểu thị bằng phần trăm khối lượng, được tính bằng công thức sau:

Trong đó:

V₀ là thể tích của dung dịch phân tích (xem 7.3.1), tính bằng mililit;

V₁ là thể tích của phần thể tích dung dịch hút ra (7.3.2), tính bằng mililit;

V_t là thể tích của dung dịch đã lên màu (xem 7.3.3), tính bằng mililit;

r_V0 là nồng độ vanadi trong dung dịch thí nghiệm trắng, tính ra microgram trên mililit;

r_V1 là nồng độ vanadi trong dung dịch mẫu phân tích đã lên màu, tính ra microgram trên mililit;

m là khối lượng mẫu phân tích (7.1), tính bằng gam;

C là hàm lượng vanadi, biểu thị bằng phần trăm khối lượng, trong sắt dùng trong thí nghiệm trắng và dung dịch tiêu chuẩn.

8.2. Độ chụm

Việc kiểm tra độ chụm của phương pháp này được 11 phòng thí nghiệm thực hiện sử dụng 7 mức vanadi, mỗi phòng thí nghiệm xác định ba kết quả cho từng mức hàm lượng vanadi (xem chú thích 1 và 2).

Các mẫu sử dụng được thống kê trong Phụ lục A.

Kết quả được xử lý bằng phương pháp thống kê phù hợp với TCVN 6910 (ISO 5725) (xem chú thích 3).

Các dữ liệu nhận được cho thấy có sự tương quan logarit giữa hàm lượng vanadi và độ lặp lại (r) hoặc độ tái lập (R và R_w) của kết quả phân tích như đã được tóm tắt trong Bảng 2. Một sự biểu diễn bằng đồ thị các dữ liệu được trình bày trong Phụ lục B.

CHÚ THÍCH:

1. Hai trong ba kết quả xác định được thực hiện trong những điều kiện có độ lặp lại như đã định rõ trong TCVN 6910 (ISO 5725), nghĩa là một nhân viên thí nghiệm với cùng dụng cụ, điều kiện thao tác giống hệt nhau, cùng đường chuẩn và một phạm vi thời gian ngắn nhất.

2. Kết quả xác định thứ ba được thực hiện tại một thời điểm khác (ở một ngày khác) cũng do chính nhân viên thí nghiệm như trong Chú thích 1 trên, sử dụng cùng dụng cụ nhưng với đường chuẩn mới.

3. Từ hai kết quả có được của ngày 1, sử dụng phương pháp quy định trong TCVN 6910 (ISO 5725), có thể tính được độ lặp lại (r) và tính tái sản xuất (R). Từ kết quả đầu tiên trong ngày 1 và kết quả trong ngày 2, tính được độ tái lập trong phạm vi phòng thí nghiệm (R_w).

Bảng 2

9. Trường hợp đặc biệt

9.1. Đối với mẫu chứa vonfram, chuyển khối lượng mẫu phân tích (7.1) vào cốc 250 ml, đậy bằng mặt kính đồng hồ và thêm 15 ml đến 20 ml axit pecloric (4.4), 5 ml axit ortophotphoric (4.5) và 3 ml đến 5 ml axit nitric (4.3). Đun nhẹ cho đến tan hết, nâng dần nhiệt độ cho đến khi khói trắng axit pecloric hồi lưu trong cốc và tiếp tục đun trong 3 min.

9.2. Đối với khối lượng mẫu phân tích chứa vonfram, bỏ qua việc thêm 2,0 ml axit ortophotphorric (4.6).

9.3. Đối với dung dịch phân tích chứa nhiều hơn 1 mg titan trong thể tích dung dịch hút ra, thêm vào 3,0 ml dung dịch natri tripoliphotphat (4.11), để ngăn ngừa sự cản trở của titan.

9.4. Nếu ngay cả sau khi thêm vào 1,0 ml dung dịch natri nitrit (4.9), dung dịch vẫn còn màu phớt hồng, thực hiện đến 7.3.3 mà không thêm tiếp dung dịch natri nitrit nữa.

10. Báo cáo thử

Báo cáo thử phải bao gồm các nội dung sau:

a) Tất cả mọi thông tin cần thiết để phân biệt được mẫu, phòng thí nghiệm và ngày tháng phân tích;

b) Phương pháp được sử dụng viện dẫn tiêu chuẩn này;

c) Kết quả và hình thức biểu thị;

d) Những nét đặc biệt khác thường được ghi lại trong quá trình xác định;

e) Mọi cách thao tác không được quy định trong tiêu chuẩn này hoặc mọi cách thao tác tùy ý có ảnh hưởng đến kết quả phân tích.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Thông tin bổ sung về các thử nghiệm có sự hợp tác quốc tế

Bảng 2 được lấy từ kết quả thử nghiệm phân tích quốc tế đã tiến hành năm 1985 trên 6 mẫu thép và 1 mẫu gang thỏi ở 6 quốc gia do 11 phòng thí nghiệm thực hiện.

Các kết quả của các thử nghiệm được báo cáo trong tài liệu 17/1N 647, tháng 3 năm 1986. Các dữ liệu về độ chụm được biểu diễn dưới dạng đồ thị trong Phụ lục B.

Mẫu thử đã sử dụng được liệt kê trong Bảng A.1.

Bảng A.1

Phụ lục B

(Tham khảo)

Đồ thị biểu diễn dữ liệu về độ chụm

Hình B.1 - Mối tương quan logarit giữa hàm lượng vanadi và độ lặp lại (r) và giữa hàm lượng vanadi và độ tái lập (R và R_w).