如何在钢中测定氮的含量？

气体对钢的质量影响很大，在大多数情况下，气体的存在可使钢发脆并出现裂缝，降低耐蚀性。但在某些情况下，如铬锰钢、镍铬钢中加入少量氮，将起加入合金元素的作用。某些钢经过渗氮处理，可增加其表面硬度和耐磨性，也可改善其耐蚀性能。

钢中的氮，主要以氮化物（如Fe₄N、CrN、Mo₂N₂、VN等）的形式存在，只有极少一部分成为固溶体。氮在钢中的质量分数最低可至0.001%，最高可达0.6%。

各种氮化物的溶解特性很不一致。钢中的一般氮化物都能溶于酸，酸不溶性氮化物的含量很低，因此无需经硫酸冒烟处理。如果试样中含钛、铌、锆、钼、硼、钒等元素，则必须用高氯酸或硫酸冒烟处理，或采用硫酸-硫酸钾湿法熔融处理，才能完全分解。

钢中氮的测定，一般采用蒸馏法使氮与共存元素分离，然后用酸碱滴定法、靛酚蓝光度法或纳氏试剂光度法进行测定。

1.蒸馏-酸碱滴定法

（1）方法提要 用盐酸、过氧化氢溶解试样，并用氢氧化钠使试液成为碱性，以水蒸气蒸馏，蒸出的氨用硼酸溶液吸收，用氨基磺酸标准溶液滴定，用甲基红-次甲基蓝作指示剂，根据氨基磺酸标准溶液的消耗量求得试样中氮的含量。

本方法适用于钢中氮含量的测定，测定范围大于0.01%（质量分数）。

（2）主要试剂及仪器

1）氢氧化钠溶液（50%）：制成溶液后，加几片锌片，煮沸10min，以除去NO₃^-或NO₂，取出锌片，冷却，过滤后使用。

2）甲基红-次甲基蓝混合指示剂：称取0.125g甲基红及0.083g次甲基蓝，溶于100mL乙醇中。

3）氨基磺酸标准溶液：称取0.6932g氨基磺酸（基准试剂）溶于水中，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度。此标准溶液1mL相当于0.00010g氮。

4）蒸馏器，如图2-7所示。

（3）分析步骤 称取0.5000～5.000g试样，置于500mL锥形瓶中，加30mL盐酸，分次加入4～5mL过氧化氢，使试样溶解完全，加约10mL水，煮沸30～40s至无小气泡，分解过氧化氢，冷却，用水吹洗瓶壁。

从漏斗中向蒸馏烧瓶中加入55mL氢氧化钠溶液（50%）向吸收瓶中加20mL硼酸溶液（0.1%），将冷凝管的顶端插入吸收液中，然后从漏斗中缓慢加入试液，用少量水洗净锥形瓶及漏斗，加水使蒸馏瓶中的溶液体积约为250mL，关闭活塞1和2，从水蒸气发生烧瓶送入蒸汽，进行蒸汽蒸馏，待吸收瓶中总体积达到约120mL时，将吸收瓶降低，使液面离开冷凝管端，继续蒸馏30s洗净冷凝管内壁，冷凝管顶端外壁用水洗后，取出吸收瓶，打开活塞2，使废液排走。

加3滴甲基红-次甲基蓝混合指示剂于接收瓶中，用氨基磺酸标准溶液滴定，至溶液由亮绿色变为红色为终点。

图2-7 水蒸气蒸馏装置

1—导线 2—加水口 3—玻璃套管 4—电阻丝 5—蒸汽发生瓶 6—水蒸气出口 7—冷却水出入口 8—吸收瓶 9—（废液出口）活塞1 10—缓冲瓶 11—冷凝管 12—漏斗 13—活塞2 14—蒸馏瓶

不称试样，按上述操作做空白试验。

（4）结果计算 试样中氮的质量分数的计算公式为

式中 f——1mL氨基磺酸标准溶液相当于氮的量（g/mL）；

V——滴定试样所消耗的氨基磺酸标准溶液的体积（mL）；(www.xing528.com)

V₀——空白试验时所消耗的氨基磺酸标准溶液的体积（mL）；

m——称样量（g）。

（5）附注

1）不同钢种应采用不同的酸溶解：铬锰钢、高铬钢可用25mL硫酸（1+4）溶解，加1～2mL过氧化氢氧化；含钼、铜的不锈钢，可用5mL盐酸、1mL氢氟酸及20mL高氯酸（1+1）溶解；有稳定氧化物存在的试样，可用20mL硫酸（1+1）溶解。当试样不溶时，可加2g硫酸钾、0.5g硫酸铜冒硫酸烟（即湿法熔融）。

2）加入的过氧化氢除溶解试样外，还将铁（Ⅱ）氧化为铁（Ⅲ），因为铁（Ⅱ）存在能使氢氧化钠中的NO₃^-还原为NH₄⁺而被蒸出。在测定试剂空白时，由于没有铁（Ⅱ），不能将NO₃^-蒸出，因而与测定试样实际条件不一致。

3）所用蒸馏水应为中性及不含氨或氮化合物。测定时，必须在不含氮化物的场所进行，最好不要与一般化学分析在同一室内操作，避免氨和氮化物沾污试液，造成测定结果偏差。

4）加氢氧化钠溶液的量视溶样的酸而定，除中和溶样的酸外，再过量8g以上即可。

5）将试液加入蒸馏瓶时要缓慢，否则碱与试液作用剧烈，会将试液从漏斗中冲出。

6）对于新的蒸馏装置或没有连续使用的装置，冷凝管不要通水，先通水蒸气2～3h将其洗净。

7）也可以用盐酸标准溶液代替氨基磺酸标准溶液进行滴定。

2.蒸馏-纳氏试剂光度法

（1）方法提要 试样经酸分解，用氢氧化钠使氮分解而形成铵盐，用水蒸气蒸馏分离氮，用纳氏试剂显色，光度法测定。

本方法适用于合金钢及高合金钢中氮含量的测定，测定范围为0.002%～0.010%（质量分数）。

（2）主要试剂

1）硫酸：在70mL水中加2滴硫酸（1+4）。

2）纳氏试剂：称取25g碘化钾，加约150mL水溶解，加9g氯化汞，搅拌使棕红色沉淀溶解，然后加饱和氯化汞溶液（6.5%）至有棕色沉淀产生，加200mL氢氧化钠溶液（30%），此时沉淀又溶解，最后加饱和氯化汞溶液至有少量沉淀产生。用水稀至500mL，储于棕色瓶中，于暗处保存。配好后至少放置2天，取上层清液使用。

（3）分析步骤 称取0.500～2.000g试样，溶解、蒸馏操作同酸碱滴定法，但吸收瓶不是用于盛硼酸而是用于盛10mL硫酸溶液（0.01mol/L）的100mL容量瓶。待收集蒸馏液达80～90mL时，蒸馏结束，取下容量瓶，用吸管加2mL纳氏试剂，用水稀释至刻度，放置10～20min，用1cm比色皿，在430nm波长处，用与分析试样相同步骤制作的试剂空白作参比测量吸光度。

（4）校准曲线的绘制 移取氮标准溶液（10μg/mL）0mL、1mL、2mL、…、9mL，分别置于预先盛有10mL硫酸（0.01mol/L）的100mL容量瓶中，加80mL水，用吸管加2mL纳氏试剂，用水稀释至刻度，摇匀，放置10～20min，按分析步骤测量吸光度，并绘制校准曲线。

（5）附注

1）本方法所用水以及注意要点同酸碱滴定法。

2）氮含量高时，可减少称样量。