如何测定钢铁和高温合金中铌的含量？

铌作为合金元素加入钢中，可起细化晶粒的作用，降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高钢的强度和耐蚀性，改善钢的焊接性能。

铌主要以碳化铌（NbC）及金属间化合物（Fe₃Nb）的形式存在于钢中。

铌不溶于盐酸、硝酸及硫酸中，但易溶于硝酸-氢氟酸中。硫酸冒烟有助于铌完全溶解。铌在熔融的碱中，可生成相应的铌酸盐。铌在水中极易水解成铌酸析出，但在酒石酸、柠檬酸、草酸、过氧化氢或氢氟酸存在的情况下，铌能形成可溶性的络合物。

测定铌的重量法有盐酸-高氯酸水解法、单宁酸水解法等。烧成的氧化物量为铌、钽合量。光度法是主要的测铌方法，常用的有二甲酚橙光度法、硫氰酸盐光度法、氯磺酚S光度法、连苯三酚红光度法、PAR光度法、5-Br-PADAP光度法等。

1.氯磺酚（或硝磺酚S）光度法

（1）方法提要 试样经酸分解后，用硫酸（或硫磷酸）冒烟以破坏碳化物。用酒石酸络合铌，在c（HC1）=1～3mol/L的盐酸介质中，铌与氯（或硝基）磺酚S生成1∶1的蓝色络合物，在波长650nm（或640nm）处测量吸光度。

显色反应是在强酸性介质中进行的。乙醇或丙酮可加速显色反应。铬（Ⅵ）、钼、钨、钒（Ⅴ）的干扰，可用酒石酸络合和还原为低价及氢氟酸褪色为参比的办法消除。当钼含量高于铌含量5倍时，可用硫酸羟胺或抗坏血酸还原掩蔽，消除干扰。用EDTA络合可掩蔽锆（Ⅳ）、钛（Ⅳ）及大部分其他阳离子。

钽的存在对铌的测定有影响。但当显色液中钽含量小于或等于铌含量时可忽略。

本方法适用于钢铁及高温合金中铌含量的测定，测定范围为0.05%～5%（质量分数）。

（2）主要试剂

1）氟化铵溶液（30%）：储于塑料滴瓶中。

2）氯（或硝基）磺酚S溶液（0.05%）：配制后使用期不超过3个月。

（3）分析步骤 称取0.1000～0.2000g试样，置于100mL两用瓶中，加10mL王水，加热溶解，加2mL磷酸（1+1）及8mL硫酸（1+1），加热至冒白烟，稍冷，加1～2mL水、20mL酒石酸溶液（15%），加热至盐类溶解，冷却，用水稀释至刻度，摇匀（必要时可干滤）。

移取2～5mL试液两份，分别置于50mL容量瓶中，用于制备显色溶液和参比溶液。

显色溶液：加入5mLEDTA溶液（1%）、25mL盐酸（1+1）、5mL丙酮（或无水乙醇）、3mL氯（或硝基）磺酚S溶液（0.05%），加水至刻度，摇匀。

参比溶液：同显色溶液操作，但在加显色剂之前需加3滴氟化铵溶液（30%）。

在室温下放置3min或在50℃以上的水浴中放置5min冷却，在波长650nm或640nm处，用2cm或3cm比色皿，测量吸光度。

（4）校准曲线的绘制 称取纯铁，按分析步骤操作，移取溶液5份，分别置于50mL容量瓶中，依次加入铌标准溶液（20μg/mL）0mL、0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL，以下按分析步骤显色并测量，绘制校准曲线。

（5）附注

1）当试样中不含钨时，可不加磷酸。加入磷酸后，冒烟时可减少迸溅。但磷酸对显色有影响，尤其是高钨低铌试样，因此，应控制其用量。加磷酸（1+1）的量小于3mL时无明显影响。

2）当铌含量小于0.05%（质量分数）时，称取0.2g试样，移取10mL试液，加5mLEDTA溶液（2%）。

对于铌含量低时铁的影响及当试样中钼含量高于铌含量5倍时，按以下方法之一处理：

①加EDTA溶液后，再加5mL盐酸（1+1）、5mL抗坏血酸溶液（1%），放置10min后，加20mL盐酸（1+1）、5mL丙酮，以下按分析步骤操作。

②加EDTA溶液后，再加2mL盐酸羟胺（或硫酸羟胺）溶液（10%），在60～70℃水浴上加热至溶液无色，冷却，加25mL盐酸（1+1），以下按分析步骤操作。

3）显色反应速度较慢，且与温度有关，但是一旦反应完全，显色液则相当稳定。铌含量为0～40μg/50mL时，符合比尔定律。若试样中含有钽，在校准曲线绘制时，应在加入与试样相同量的钽后再显色测量。

2.二甲酚橙光度法

（1）方法提要 试样经盐酸、过氧化氢分解，加氢氟酸使铌转化成铌氟络合物，加氯化铝（或硫酸铍）除去过量氟离子，用抗坏血酸还原铁以消除其影响，在c（HCl）=0.2mol/L的盐酸介质中，加二甲酚橙与铌（氟络合物）形成橙色络合物，以此进行铌的光度法测定。

铌在盐酸、硫酸、高氯酸介质中都可显色。就其灵敏度而言，以盐酸中为最高，以硫酸中为最低，且在盐酸介质中较少受酸度影响，通常选择在0.2mol/L的盐酸介质中显色。

锆、铋的干扰可用DCTA掩蔽。钨的质量分数小于2.5%时无干扰；钨含量增高时，可适当增加氢氟酸用量。钽的质量分数小于0.1%时无干扰，大于0.1%时会使测定结果偏高。铜的质量分数大于2%时有明显干扰，可用强碱分离将其除去。(www.xing528.com)

本方法适用于钢铁中铌含量的测定，测定范围在0.005%（质量分数）以上。

（2）主要试剂

1）氢氟酸（1+50）：取10mL氢氟酸（40%），加500mL水，储于塑料瓶中。

2）二甲酚橙溶液（0.3%）：夏天可保存一周，冬天可保存两周。使用时，应注意其质量，不同批号测得的灵敏度及线性不一致。

3）氨三乙酸溶液（1%）：称取5g氨三乙酸，加约200mL水，加2滴对硝基酚指示剂（0.2%），加热，逐粒加入粒状氢氧化钠，搅拌溶解，至指示剂呈黄色，氨三乙酸全部溶解，冷却，滴加盐酸至黄色恰好消退，用水稀至500mL储于塑料瓶中。

（3）分析步骤

1）铌质量分数为0.005%～0.15%试样的测定：称取0.1000g试样，置于150mL锥形瓶中，用刻度吸管加2.5mL盐酸，然后分次加2～3mL过氧化氢。试样溶解后，加水约20mL、氢氟酸（1+50）2mL，煮沸约1min，使过氧化氢分解，冷却，于容量瓶中用水稀释至50mL（溶液浑浊时，应过滤于容量瓶中，用水洗涤并稀释至50mL）；移取25mL试液，置于另一只50mL容量瓶中。两溶液分别用于制备显色溶液及参比溶液。

显色溶液：加6mL抗坏血酸溶液（5%），用吸管边摇边加2mL二甲酚橙溶液（0.3%），加12mL氯化铝（AlCl₃·6H₂O）溶液（3%）[或8mL硫酸铍溶液（4%）]，用水稀释至刻度。

参比溶液：加6mL抗坏血酸溶液（5%）、5mL氨三乙酸溶液（1%），用吸管边摇边加2mL二甲酚橙溶液（0.3%），用水稀释至刻度。

在10℃时放置1.5h（加硫酸铍的溶液放置10min），而在30℃时放置15min（加硫酸铍的溶液放置2min），然后在波长530nm处，用3cm比色皿，测量吸光度。

2）铌的质量分数大于0.1%的试样的测定：称取0.2000g试样，置于150mL锥形瓶中，加3mL盐酸，分数次加2～3mL过氧化氢。试样溶解后，加水约30mL、盐酸12mL、氢氟酸（1+50）5mL，煮沸约1min，冷却，于容量瓶中稀释至100mL（溶液浑浊时可干滤）。

移取5mL试液两份，分别置于50mL容量瓶中，用于制备显色溶液和参比溶液。

显色溶液：加5mL抗坏血酸溶液（5%），加水约20mL，用吸管边摇边加2mL二甲酚橙溶液（0.3%），然后加8mL氯化铝溶液（3%）[或4mL硫酸铍溶液（4%）]，用水稀释至刻度。

参比溶液：加5mL抗坏血酸溶液（5%），加水约20mL、氨三乙酸溶液（1%）5mL，用吸管边摇边加2mL甲酚橙溶液（0.3%），用水稀释至刻度。

放置时间同1），然后测量吸光度。

（4）校准曲线的绘制

1）铌的质量分数为0.005%～0.15%的试样的校准曲线的绘制：称取0.1g碳素钢7份，按上述方法溶解，加水约20mL，分别加铌标准溶液（20μg/mL）0mL、0.5mL、1mL、2mL、…、5mL（相当于0～0.1%铌），加2mL氢氟酸（1+50），煮沸约1min，冷却，稀释至50mL，按分析步骤1）显色测量，并绘制校准曲线。

2）铌质量分数大于0.1%的试样的校准曲线的绘制称取0.2g碳素钢，按上述方法溶解，于容量瓶中稀释至100mL，移取5mL溶液7份，分别加铌标准溶液（20μg/mL）0mL、0.5mL、1mL、2mL、…、5mL（相当于0～1.0%铌），按分析步骤2）显色测量，并绘制校准曲线。

也可称取不同铌含量的标准样品，按分析步骤操作，以吸光度对铌的质量分数绘制校准曲线。

（5）附注

1）由于作用激烈，可分数次加入过氧化氢，并于水浴中冷却，作用缓慢后，需要时可微热，使试样全溶。试样经盐酸、过氧化氢及氢氟酸处理，酸不溶性铌可以忽略。

2）应控制氢氟酸的加入量，可在塑料滴管上做好标记，或用塑料小量杯加入。加12mL氯化铝溶液（3%）时，允许加2～2.5mL氢氟酸（1+50）；加8mL硫酸铍溶液（4%）时，允许加2mL氢氟酸（1+50）。

3）分析低铌钢时，称样量会影响测定结果。称样量为0.2g时只适用于铌含量（质量分数）小于0.03%的试样；铌含量高的试样测定结果偏低，此时，应加8mL抗坏血酸溶液（5%）。

4）用氯化铝作掩蔽剂，显色速度比硫酸铍作掩蔽剂时慢，但其稳定性用氯化铝时比用硫酸铍时好。例如，30℃时，加硫酸铍可稳定0.5h，而加氯化铝可稳定1h。

5）氨三乙酸络合铌的能力较强，能抑制铌的显色，用于参比溶液的制备效果较好。

6）钼对二甲酚橙光度法测定铌有干扰。在测定高铌试样（铌的质量分数大于0.2%）时，影响还不显著，但测定低铌试样（铌的质量分数小于0.15%，钼的质量分数大于0.5%）时，影响比较显著。可按下述方法进行分离：在低铌分析步骤中，在加入2mL氢氟酸（1+50）后煮沸约1min，使过氧化氢分解，冷却后，加入1.0mL（试样中钼的质量分数为2%～4%）或0.5mL（试样中钼的质量分数小于2%）安息香肟乙醇溶液（2%）使钼沉淀，放置约10min，过滤于50mL容量瓶中，用水洗涤并稀释至刻度，以下按分析步骤1）操作。

由于安息香肟可使铌的质量分数大于0.04%的试样吸光度稍有下降，所以绘制校准曲线时也应加入相同量的安息香肟。

7）铌铁中的铌也可用本方法测定：称取0.1000g试样置于铂金皿中，加硝酸数毫升及几滴氢氟酸，加热溶解，加10mL硫酸（1+1），加热至冒烟，冷却，加少量水，移入锥形瓶中，用水洗净铂皿，溶液体积约50mL，煮沸，此时铌水解，加20mL氢氟酸（1+50），此时溶液清澈，冷却，于容量瓶中稀释至100mL，从中吸取10mL，加9mL硫酸（1+9），于容量瓶中稀释至100mL。取稀溶液5mL两份，分别置于50mL容量瓶中，各补加1mL铁溶液（1mg/mL），以下按分析步骤2）操作，将二甲酚橙溶液（0.3%）改为加4mL，其余浓度均不改变。