ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
СТАЛЬ УГЛЕРОДИСТАЯ
И ЧУГУН НЕЛЕГИРОВАННЫЙ
Методы определения ванадия
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
Москва
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
СТАЛЬ УГЛЕРОДИСТАЯ И ЧУГУН НЕЛЕГИРОВАННЫЙ Методы определения ванадия Carbon steel and unalloyed cast iron. |
ГОСТ |
Срок действия с 01.01.90
до 01.07.95
Несоблюдение стандарта преследуется по закону
Настоящий стандарт устанавливает фотометрический (при массовой доле ванадия от 0,05 до 0,25 %), титриметрический (при массовой доле ванадия 0,02-0,25 %) и кулонометрический (при массовой доле ванадия 0,005-0,25 %) методы определения ванадия.
Экстракционно-фотометрический метод определения ванадия приведен в приложении.
1.1. Общие требования к методам анализа - по ГОСТ 22536.0-87.
1.2. Погрешность результата анализа (при доверительной вероятности Р = 0,95) не превышает предела Δ, приведенного в табл. 1, при выполнении условий:
расхождение результатов двух (трех) параллельных измерений не должно превышать (при доверительной вероятности Р = 0,95) значения d2 (d3), приведенного в табл. 1;
воспроизведенное в стандартном образце значение массовой доли ванадия не должно отличаться от аттестованного более чем на допускаемое (при доверительной вероятности Р = 0,85) значение δ, приведенное в табл. 1.
При невыполнении одного из вышеуказанных условий проводят повторные измерения массовой доли ванадия. Если и при повторных измерениях требования к точности результатов не выполняются, результаты анализа признают неверными, измерения прекращают до выявления и устранения причин, вызвавших нарушение нормального хода анализа.
Расхождение двух средних результатов анализа, выполненных в различных условиях (например, при внутрилабораторном контроле воспроизводимости), не должно превышать (при доверительной вероятности 0,95) значения dk, приведенного в табл. 1.
Таблица 1
Массовая доля ванадия, % |
Δ, % |
Допускаемые расхождения, % |
δ, % |
||
dk |
d2 |
d3 |
|||
От 0,005 до 0,01 включ. |
0,0024 |
0,0030 |
0,0025 |
0,0031 |
0,0016 |
Св. 0,01 » 0,02 » |
0,003 |
0,004 |
0,003 |
0,004 |
0,002 |
» 0,02 » 0,05 » |
0,006 |
0,007 |
0,006 |
0,007 |
0,004 |
» 0,05 » 0,10 » |
0,010 |
0,012 |
0,010 |
0,012 |
0,006 |
» 0,10 » 0,25 » |
0,017 |
0,021 |
0,017 |
0,021 |
0,011 |
2.1. Сущность метода
Метод основан на образовании окрашенной в желтый цвет ванадиевофосфорновольфрамовой гетерополикислоты в кислой среде при взаимодействии ванадия (V) с фосфорной кислотой и вольфраматом натрия и измерений оптической плотности окрашенного раствора при λ = 400 нм.
Мешающее влияние железа устраняют прибавлением ортофосфорной кислоты.
2.2. Аппаратура и реактивы
Спектрофотометр или фотоэлектроколориметр.
Кислота серная по ГОСТ 4204-77 или по ГОСТ 14262-78, разбавленная 1:4.
Кислота ортофосфорная по ГОСТ 6552-80.
Кислота азотная по ГОСТ 4461-77 или по ГОСТ 11125-84.
Аммиак водный по ГОСТ 3760-79.
Калий марганцовокислый по ГОСТ 20490-75, раствор с массовой концентрацией 40 г/дм3.
Натрий азотистокислый по ГОСТ 4197-74, раствор с массовой концентрацией 100 г/дм3.
Аммоний ванадиевокислый мета по ГОСТ 9336-75.
Натрий вольфрамовокислый 2-водный по ГОСТ 18289-78, раствор с массовой концентрацией 50 г/дм3.
Железо карбонильное радиотехническое по ГОСТ 13610-79.
Стандартные растворы ванадия.
Раствор А: 2,296 г ванадиевокислого аммония растворяют в 100 см3 воды, добавляют 2-4 капли аммиака, переводят раствор в мерную колбу вместимостью 1 дм3, разбавляют водой до метки и перемешивают.
1 см3 раствора А содержит 0,001 г ванадия.
Раствор Б: 10 см3 раствора А помещают в мерную колбу вместимостью 100 см3, доводят до метки водой и тщательно перемешивают.
1 см3 раствора Б содержит 0,0001 г ванадия.
2.3. Проведение анализа
2.3.1. Навеску стали или чугуна массой 0,5 г (при массовой доле ванадия 0,05-0,10 %) или 0,3 г (при массовой доле ванадия 0,10-0,25 %) помещают в коническую колбу вместимостью 100 см3 и растворяют в 15 см3 серной кислоты (1:4), при умеренном нагревании.
После полного растворения навески приливают по каплям азотную кислоту до прекращения вспенивания раствора. Раствор выпаривают до появления паров серной кислоты. Содержимое колбы охлаждают, приливают 30 см3 воды и нагревают до растворения солей. Если есть осадок (графит, кремниевая кислота), его отфильтровывают и промывают пять-шесть раз горячей водой. Фильтр с осадком отбрасывают, а фильтрат выпаривают до объема 30-50 см3. Раствор переводят в мерную колбу вместимостью 100 см3.
К охлажденному раствору прибавляют раствор марганцовокислого калия до образования устойчивой окраски. Через 3-5 мин избыток марганцовокислого калия восстанавливают раствором азотистокислого натрия, прибавляя его медленно по одной капле до обесцвечивания раствора при непрерывном перемешивании.
Затем приливают 5 см3 фосфорной кислоты, нагревают раствор до кипения, прибавляют 10 см3 раствора вольфрамовокислого натрия, выдерживают раствор при 80-90 °С в течение 2-3 мин, охлаждают, доливают до метки водой и перемешивают.
Оптическую плотность раствора измеряют на спектрофотометре при длине волны 400 нм или фотоэлектроколориметре со светофильтром, имеющим область пропускания в интервале длин волн 400-450 нм. В качестве раствора сравнения применяют раствор испытуемой пробы, приготовленный без добавления вольфрамовокислого натрия.
Результаты анализа вычисляют по градуировочному графику или методом сравнения со стандартным образцом, близким по составу к анализируемой пробе и проведенным через все стадии анализа.
2.3.2. Построение градуировочного графика
В шесть конических колб вместимостью 100 см3 помещают 0,3-0,5 г карбонильного железа в зависимости от навески пробы, в пять из них последовательно приливают стандартный раствор Б в количестве 2,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0 см3, что соответствует 0,0002; 0,0004; 0,0005; 0,0006; 0,0008 г ванадия. Шестая навеска служит для проведения контрольного опыта.
В колбы приливают по 15 см3 серной кислоты и растворяют железо при умеренном нагревании. Далее анализ проводят, как указано в п. 2.3.
В качестве раствора сравнения используют раствор контрольного опыта.
По найденным величинам оптической плотности и соответствующим значениям массы ванадия строят градуировочный график. Допускается построение градуировочного графика в координатах: оптическая плотность - массовая доля ванадия.
2.4. Обработка результатов
2.4.1. Массовую долю ванадия (X1) в процентах вычисляют по формуле
где m1 - масса ванадия, найденная по градуировочному графику, г;
m - масса навески пробы, г.
2.4.2. Нормы точности и нормативы контроля точности определения массовой доли ванадия приведены в табл. 1.
3.1. Сущность метода
Метод основан на окислении ванадия (IV) марганцовокислым калием в сернокислой среде и титровании ванадия (V) раствором соли аммоний-железа (II) сернокислого. Конечную точку титрования определяют амперометрически, потенциометрически или визуально.
3.2. Аппаратура и реактивы
Установка для потенциометрического или амперометрического титрования ванадия, обеспечивающая заданные метрологические характеристики точности определения.
Кислота серная по ГОСТ 4204-77 или по ГОСТ 14262-78, разбавленная 1:1, 1:4 и 1:50.
Кислота азотная по ГОСТ 4461-77 или по ГОСТ 11125-84.
Кислота ортофосфорная по ГОСТ 6552-80.
Калий марганцовокислый по ГОСТ 20490-75, раствор с массовой концентрацией 25 г/дм3.
Железо (II) сернокислое 7-водное по ГОСТ 4148-78, свежеприготовленный раствор: 2 г сернокислого железа (II) растворяют в воде, прибавляют 5 см3 серной кислоты, разбавляют раствор до 100 см3 и перемешивают.
Натрий азотистокислый по ГОСТ 4197-74, свежеприготовленный раствор с массовой концентрацией 20 г/дм3.
Мочевина по ГОСТ 6691-77, свежеприготовленный раствор с массовой концентрацией 200 г/дм3.
Натрий углекислый по ГОСТ 83-79, раствор с массовой концентрацией 2 г/дм3.
Кислота фенилантраниловая, раствор с массовой концентрацией 2 г/дм3: 0,2 г фенилантраниловой кислоты растворяют в 100 см3 горячего раствора углекислого натрия с массовой концентрацией 2 г/дм3.
Стандартные растворы ванадия - по п. 2.2.
Аммоний-железо (II) сернокислый (соль Мора) по ГОСТ 4208-72, стандартные растворы с молярной концентрацией эквивалента 0,01 моль/дм3 (раствор А) и 0,002 моль/дм3 (раствор Б).
Раствор А: 4 г соли Мора растворяют в 1 дм3 серной кислоты (1:50).
Раствор Б: 200 см3 раствора А помещают в мерную колбу вместимостью 1 дм3, разбавляют до метки водой и перемешивают.
Массовую концентрацию раствора соли Мора устанавливают по стандартному раствору ванадия. Для этого 5-10 см3 стандартного раствора ванадия А или 10-20 см3 раствора Б помешают в стакан вместимостью 250 см3 прибавляют 50-70 см3 серной кислоты (1:4), 10 см3 раствора сернокислого железа и проводят через все стадии анализа, как приведено в п. 3.3. Полученный раствор титруют соответствующим раствором соли Мора, устанавливая конечную точку титрования амперометрическим или потенциометрическим методом или визуально, как приведено в разд. 3.3.
Массовую концентрацию раствора соли Мора (T), выраженную в граммах ванадия на один кубический сантиметр раствора вычисляют по формуле
где T - массовая концентрация стандартного раствора ванадия А или Б, г/см3;
V1 - объем стандартного раствора ванадия А или Б, взятый для установления массовой концентрации раствора соли Мора, см3;
V - объем раствора соли Мора, израсходованный на титрование, см3.
3.3. Проведение анализа
3.3.1. Навеску стали или чугуна массой 2 г (при массовой доле ванадия 0,02-0,05 %) или 1 г (при массовой доле ванадия 0,05-0,25 %) помещают в стакан вместимостью 250 см3, приливают 50-70 см3 серной кислоты (1:4) и нагревают до полного растворения. К раствору прибавляют по каплям азотную кислоту до прекращения вспенивания и дополнительно 2-3 см3. Раствор выпаривают до появления паров серной кислоты, охлаждают. Обмывают стенки стакана водой и вновь выпаривают до начала выделения паров серной кислоты. Содержимое стакана охлаждают, приливают 50-60 см3 воды и нагревают до растворения солей.
Если образовался нерастворимый осадок, содержащий кремниевую кислоту и графит, то его отфильтровывают на фильтр «белая лента» и промывают 5-6 раз горячей водой, собирая фильтрат и промывные воды в стакан вместимостью 400 см3. Фильтр с осадком отбрасывают. К раствору в стакане добавляют 50 см3 серной кислоты (1:4), охлаждают, добавляют 5-10 см3 раствора сернокислого закисного железа, разбавляют водой до 150 см3 и снова охлаждают до 17-20 °С.
К охлажденному раствору при постоянном перемешивании прибавляют по каплям раствор марганцовокислого калия до устойчивой розовой окраски. Через 1-2 мин прибавляют по каплям раствор азотистокислого натрия до полного исчезновения розовой окраски и немедленно прибавляют 10 см3 мочевины.
Через 3 мин в раствор погружают выбранную пару электродов, (устанавливают при амперометрическом титровании необходимое напряжение), включают милливольтметр-микроамперметр, магнитную мешалку и титруют амперометрически или потенциометрически раствором соли Мора А или Б (в зависимости от массовой доли ванадия), прибавляя его небольшими порциями из микробюретки и отмечая показания прибора после каждого добавления титранта (при амперометрическом титровании или до резкого отклонения стрелки прибора (при потенциометрическом титровании).
При визуальном определении конечной точки титрования к раствору, подготовленному для титрования, прибавляют 5-6 капель раствора фенилантраниловой кислоты и титруют раствором соли Мора до перехода вишневой окраски раствора в желто-зеленую.
Во всех случаях прибавление раствора соли Мора производят из микробюретки небольшими порциями, а в конце титрования - по каплям.
3.4. Обработка результатов
3.4.1. Массовую долю ванадия (X2) в процентах вычисляют по формуле
где Т - массовая концентрация раствора соли Мора, выраженная в г/см3 ванадия;
V - объем раствора соли Мора, соответствующий конечной точке титрования, см3;
m - масса навески пробы, г.
3.4.2. Нормы точности и нормативы контроля точности определения массовой доли ванадия приведены в табл. 1.
4.1. Сущность метода
Метод основан на взаимодействии ванадия (V) с электрохимически генерированными ионами железа (II). Конечную точку титрования устанавливают биамперометрически с двумя поляризованными платиновыми электродами.
4.2. Аппаратура и реактивы
Потенциостат П-5827, П-5848 или любой другой, работающий в режиме заданного тока.
Установка для амперометрического титрования с двумя поляризованными индикаторными электродами.