TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

TCVN 5912 - 1995

ISO 886 - 1973

NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG MANGAN

PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG (HÀM LƯỢNG MANGAN TỪ 0,005 ĐẾN 1,5%)

Lời nói đầu

TCVN 5912 - 1995 hoàn toàn tương đương với ISO 886 - 1973 (E);

TCVN 5912- 1995 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 79 - Kim loại mầu và hợp kim của kim loại mầu - biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng đề nghị và được Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường ban hành.

NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG MANGAN

PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG (HÀM LƯỢNG MANGAN TỪ 0,005 ĐẾN 1,5%)

Aluminium and aluminium alloys

Determination of manganese

Photometric method (Manganese content between 0,005 and 1,5%)

1. Phạm vi và lĩnh vực áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp trắc quang để xác định hàm lượng mangan trong nhôm và hợp kim nhôm.

Phương pháp này áp dụng để xác định hàm lượng mangan từ 0,005 đến 1,5%.

Phương pháp này không áp dụng hoàn toàn cho các trường hợp đặc biệt sau:

a) Hợp kim có hàm lượng silic lớn hơn 10% và hàm lượng mangan nhỏ hơn 0,1% (xem phụ lục A).

b) Hợp kim chứa thiếc, antimon, bismut, zirconi, ... (trong tiêu chuẩn này, không xử lý các trường hợp đặc biệt nói trên).

2. Nguyên lý

Phân hủy mẫu thử bằng natri hydrôxit. Axit hóa bằng axit nitric và axit sunfuric.

Ôxit hóa mangan (II) thành mangan (VII) bằng kali peôdat (độ axit của dung dịch lớn hơn 3,5 N) với sự có mặt của axit photphoric.

Đo quang tại bước sóng khoảng 525 nm.

3. Hóa chất

Để chuẩn bị các dung dịch và trong quá trình phân tích phải dùng nước cất hai lần.

3.1. Nước không chứa chất khử

Đun sôi nước đã axit hóa bằng 10 ml axit sunfuric (3.4) trong 1 lít nước, cho một ít tinh thể kali peôdat (KIO₄) và tiếp tục đun sôi trong khoảng 10 phút.

3.2. Natri hydrôxit, dung dịch 200 g/l

Hòa tan 200 g natri hydrôxit (NaOH) với nước trong chén niken, sau khi làm nguội, định mức tới 1000 ml. Bảo quản trong bình plastic.

3.3. Dung dịch axit sunfurơ

Cho một dòng khí lưu huỳnh điôxit (SO₂) qua nước cho đến khi đạt tới điểm bão hòa.

3.4. Axit sunfuric, d 1,48 g/ml, dung dịch xấp xỉ 17,5 N.

Cẩn thận cho 500 ml axit sunfuric (d 1,84 g/ml) xấp xỉ 35,6 N vào nước, làm nguội và định mức đến 1000 ml.

3.5. Axit sunfuric, d 1,84 g/ml, dung dịch xấp xỉ 35,6 N.

3.6. Axit nitric, d 1,40 g/ml, dung dịch xấp xỉ 15 N.

3.7. Axit flohyric, dung dịch 40% (m/m), (d xấp xỉ 1,14 g/ml).

3.8. Dung dịch axit floboric

Trong bình plastic, hòa 800 ml dung dịch axit boric bão hòa ở 20⁰C với 200 ml axit flohydric (3.7).

3.9. Axit photphoric, d 1,71 g/ml, dung dịch xấp xỉ 45 N.

3.10. Kali peôdat, dung dịch 50 g/l

Hòa tan 50 g kali peôdat (KIO₄) trong nước, cho thêm 200 ml axit nitric (3.6) và định mức bằng nước đến 1000 ml.

3.11. Natri nitrit, dung dịch 20 g/l

Hòa tan 2 g natri nitrit (NaNO₂) bằng một ít nước và định mức đến 100 ml.

3.12. Dung dịch mangan chuẩn, 1 g/l (1 ml chứa 1 mg Mn) được chuẩn bị theo một trong các phương pháp sau

3.12.1. Trong cốc cao có dung tích thích hợp (ví dụ 400 ml) hòa tan 2,877 g kali pemanganat (KMnO₄) tinh khiết cao trong khoảng 200 ml nước và cho thêm 200 ml axit sunfuric (3.4). Khử dung dịch pemanganat bằng cách cho thêm một ít tinh thể natri sunfit hoặc hydro peôxit (36% (m/m)). Đun sôi dung dịch để đuổi SO₂ hoặc H₂O₂ còn dư, làm nguội, cho hết vào bình định mức 1000 ml, định mức và lắc kỹ.

3.12.2. Trong cốc cao có dung tích thích hợp (ví dụ 600 ml) hòa tan 1 ± 0,001 g mangan điện phân (độ tinh khiết lớn hơn 99,9%) với 20 ml axit sunfuric (3.4) và khoảng 80 ml nước. Đun sôi dung dịch trong ít phút. Làm nguội, cho hết vào bình định mức 1000 ml, định mức và lắc kỹ.

Chú thích: Làm sạch mọi ôxit trên bề mặt mangan điện phân bằng cách cho một vài gam kim loại vào cốc thủy tinh có dung tích từ 250 đến 300 ml, đang chứa từ 30 đến 40 ml axit sunfuric (3.4) và khoảng 100 ml nước. Lắc kỹ và sau vài phút, gạn dung dịch axit và đổ nước cất hai lần vào cốc. Lặp lại quá trình gạn và rửa vài lần bằng nước cất hai lần. Sau đó cho mangan kim loại vào axêtôn và lắc kỹ. Lắng gạn axêtôn, sấy kim loại trong lò sấy ở 100⁰C khoảng 2 phút và làm nguội trong bình hút ẩm.

3.13. Dung dịch mangan chuẩn, 0,1 g/l (1 ml chứa 0,1 mg Mn)

Cho 100,0 ml dung dịch mangan chuẩn (3.12) vào bình định mức 1000 ml, định mức và lắc kỹ.

4. Thiết bị

4.1. Thiết bị phòng thí nghiệm loại thông thường;

4.2. Bếp điện có lắp máy khuấy cơ hoặc từ.

4.3. Phổ quang kế, hoặc

4.4. Hấp thụ kế quang điện.

5. Lấy mẫu

5.1. Mẫu phòng thí nghiệm.

5.2. Mẫu thử

Các mảnh vụn độ dầy không quá 1 mm nhận được do phay hoặc khoan.

6. Cách tiến hành

6.1. Phần mẫu thử

Khối lượng phần mẫu thử: 1 ± 0,001 g.

6.2. Xây dựng đường chuẩn

6.2.1. Chuẩn bị dung dịch bù (điểm 0)

Cho vào chén platin 7 ml axit sunfuric (3.4) và 8 ml axit nitric (3.6) và cho bốc hơi đến khô (không được nung). Cho vào phần cặn một ít nước ấm, cho thêm 8 ml axit sunfuric (3.4), 2 ml axit nitric (3.6) và 5 ml axit photphoric (3.9). Cho dung dịch vào bình có thể tích thích hợp (ví dụ 250 ml). Pha loãng với nước đến khoảng 70 ml và tiếp tục theo cách trong 6.2.3.

6.2.2. Chuẩn bị dung dịch chuẩn so sánh

Cho vào một dãy sáu bình dung tích thích hợp (ví dụ 250 ml đến 300 ml), lần lượt: 1,0 - 2,0 - 5,0 - 10,0 - 15,0 và 20,0 ml dung dịch mangan chuẩn (3.13), tương ứng 0,1 - 0,2 - 0,5 - 1,0 - 1,5 và 2 mg mangan. Cho thêm vào mỗi bình 15 ml axit sunfuric (3.4), 10 ml axit nitric (3.6) và 5 ml axit photphoric (3.9) và định mức bằng nước đến khoảng 70 ml.

6.2.3. Hiện màu

Đặt các bình đã chuẩn bị theo 6.2.1 và 6.2.2 trên bếp điện có lắp máy khuấy và đun sôi các dung dịch. (Khuấy bằng máy khuấy cơ hoặc từ trong khi đun và trong khi sôi cẩn thận tránh tung tóe dung dịch). Sau đó cho vào mỗi dung dịch 10 ml dung dịch kali peôdat (3.10) và tiếp tục đun sôi cho đến khi màu đặc trưng hiện ra.

Đun sôi khoảng 5 phút nữa (15 đến 30 phút nếu nồng độ mangan nhỏ hơn hoặc bằng 0,2 mg Mn trong 100 ml dung dịch). Làm nguội đến nhiệt độ phòng, cho các dung dịch vào các bình định mức 100 ml đã được rửa sạch trước bằng nước đã xử lý (3.1). Định mức bằng nước đã xử lý (3.1).

6.2.4. Đo quang

Đo quang bằng phổ quang kế (4.3) tại bước sóng khoảng 525 nm hoặc máy đo hấp thụ quang điện (4.4) đã lắp sẵn bộ lọc thích hợp, sau khi đã điều chỉnh thiết bị về độ hấp thụ bằng 0 đối với nước (∆_Ec). Sau đó phân hủy axit pemanganic bằng 2 giọt dung dịch natri nitrit (3.11) và lặp lại phép đo (∆_Ed). Để nhận được giá trị hấp thụ của mangan đã cho vào, phải tính các hiệu số cho mỗi dung dịch:

[(∆_Ec - ∆_Ed) - (∆_Tc - ∆_Td)]

Trong đó: ∆_Tc và ∆_Td là giá trị hấp thụ tương ứng với điểm 0 đã được tạo màu và khử màu.

6.2.5. Xây dựng đường chuẩn

Ví dụ, vẽ đường chuẩn có trục hoành biểu thị lượng mangan, tính bằng miligam chứa trong 100 ml dung dịch chuẩn so sánh và trục trung biểu thị giá trị tương ứng của độ hấp thụ.

6.3. Mẫu trắng

Thử mẫu trắng và mẫu thực được tiến hành với cùng phương pháp.

Cho 8 ml axit nitric (3.6) và 12 ml axit sunfuric (3.4) vào chén platin và cho bốc hơi đến khô (không được nung). Hòa cặn trong một ít nước ấm, cho thêm 2 ml axit nitric (3.6) và 18 ml axit sunfuric (3.4). Cho dung dịch vào bình có dung tích thích hợp (ví dụ 250 đến 300 ml), cho thêm 40 ml dung dịch natri hydrôxit (3.2) và lắc kỹ. Đun nóng cho đến khi nhận được dung dịch trong, làm nguội, cho thêm 5 ml axit photphoric (3.9) và pha loãng với nước đến đến khoảng 70 ml. Từ đây, tiếp tục theo cách trong 6.4.2.

6.4. Cách xác định

6.4.1. Chuẩn bị dung dịch thử

Cho phần mẫu thử vào một bình platin có dung tích thích hợp (ví dụ 100 ml) và cho từng ít một 40 ml dung dịch natri hydrôxit (3.2). Đậy bình bằng nắp platin và đun nóng từ từ tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân hủy. Kênh nắp một chút và cẩn thận cho bốc hơi đến khi đạt trạng thái sền sệt. Làm nguội, rửa nắp và thành bình bằng một lượng nước ấm nhỏ nhất có thể được (ví dụ 30 ml) và đun nóng từ từ. Chuyển dung dịch kiềm vào một cốc thủy tinh có dung tích thích hợp (ví dụ 250 đến 300 ml) đã chứa sẵn 30 ml axit sunfuric (3.4) và 10 ml axit nitric (3.6). Cẩn thận rửa bình platin và nắp bằng nước ấm và gộp nước rửa này vào dung dịch axit đã chứa trong cốc thủy tinh.

Nếu mangan hydrôxit tách ra và dính bám vào thành bình platin, thì cho vào bình một ít dung dịch axit và một vài giọt dung dịch axit sunfurơ (3.3) và lắc kỹ. Sau đó, lại cho dung dịch vào cốc thủy tinh và rửa bình platin bằng nước ấm.

Cô đặc dung dịch đến khoảng 65 ml nếu hàm lượng mangan nhỏ hơn 0,1%.

Trong trường hợp xác định hàm lượng mangan lớn hơn 0,1% thì cho dung dịch vào bình định mức 100 ml hoặc 250 ml, tùy thuộc vào hàm lượng mangan. Làm nguội đến 20⁰C, định mức và lắc kỹ. Mức độ pha loãng dung dịch chính, lượng dung dịch lấy thử và lượng các hóa chất cho vào dung dịch thử phụ thuộc vào hàm lượng mangan dự kiến; được ghi trong bảng 1.

Bảng 1

6.4.2. Hiện màu

Cho vào bình có dung tích thích hợp (ví dụ 250 ml) lượng dung dịch lấy thử với lượng tương ứng axit sunfuric (3.4) và axit nitric (3.6) (đối với hàm lượng mangan nhỏ hơn 0,1% thì thực hiện phản ứng hiện màu ngay trong bình đã chuẩn bị dung dịch chính). Cho 5 ml axit photphoric (3.9), pha loãng với nước đến khoảng 70 ml, sau đó đặt bình lên bếp điện có máy khuấy (xem 8.3) và đun sôi dung dịch. (khuấy bằng máy khuấy cơ hoặc từ trong khi đun và trong khi sôi, tránh làm tung tóe dung dịch). Sau đó cho thêm 10 ml dung dịch kali peôdat (3.10) và tiếp tục đun sôi cho đến khi màu đặc trưng xuất hiện.

Đun sôi trong 5 phút nữa (15 đến 30 phút nếu lượng mangan hiện có ít hơn hoặc bằng 0,2 mg). Làm nguội đến nhiệt độ phòng, chuyển dung dịch vào bình định mức 100 ml đã được rửa sạch trước bằng nước (3.1) và định mức bằng nước đã xử lý (3.1).

6.4.3. Đo quang

Đo quang theo cách trong 6.2.4 sau khi đã điều chỉnh thiết bị về độ hấp thụ bằng 0 đối với nước (∆_Ec). Sau đó phân hủy axit pemanganat bằng 2 giọt dung dịch natri nitrit (3.11) và lặp lại phép đo (∆_Ed). Hiệu giữa hai giá trị này cho độ hấp thụ đúng với axit pemanganat.

Đồng thời và trong cùng điều kiện, tiến hành đo quang cho dung dịch mẫu trắng.

Độ hấp thụ đối với mangan của dung dịch thử được tính bằng hiệu số:

[(∆_Ec - ∆_Ed) - (∆_Bc  - ∆_Bd)]

Trong đó: ∆_Bc và ∆_Bd là các giá trị độ hấp thụ tương ứng với dung dịch mẫu trắng đã được tạo màu và khử màu.

7. Cách tính kết quả

Dùng đường chuẩn, xác định khối lượng mangan, tính bằng miligam, tương ứng với giá trị đo quang của dung dịch thử.

Hàm lượng mangan theo phần trăm khối lượng được tính bằng công thức:

Mn% (m/m) =

Trong đó:

m₀ là khối lượng phần mẫu thử, mg;

m₁ là khối lượng mangan trong lượng dung dịch lấy thử, mg;

R là tỉ số giữa thể tích dung dịch thử với thể tích của lượng dung dịch lấy thử cho phản ứng màu.

8. Biên bản thử

a) Số hiệu và tên tiêu chuẩn này, các tài liệu tham khảo;

b) Kết quả và phương pháp tính được dùng;

c) Mọi đặc điểm bất thường được ghi nhận trong quá trình xác định;

d) Mọi thao tác không quy định trong tiêu chuẩn này hoặc được coi là tùy ý lựa chọn.