"ГОСТ 19014.1-73*. Кремний кристаллический. Методы определения алюминия"
(введен в действие Постановлением Госстандарта СССР от 23.07.1973 N 1804)
(ред. от 27.06.1989)

Переиздание (ноябрь 1985 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в июле 1979 г., августе 1984 г., (ИУС 8-79, 11-84).

Настоящий стандарт устанавливает титриметрический и атомно-абсорбционный методы определения алюминия (при массовой доле алюминия от 0,30 до 1,60%) в кристаллическом кремнии.

(вводная часть в ред. Изменения N 3, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.1989 N 2091)

1.1. Общие требования к методу анализа - по ГОСТ 19014.0-73.

Сущность метода состоит в удалении кремния в виде тетрафторида в отделении титана и железа в виде гидроксидов. Алюминий определяют комплексонометрическим методом, титруя избыток трилона Б раствором азотнокислого цинка с индикатором ксиленоловым оранжевым при рН = 5,5.

Кислота фтористоводородная по ГОСТ 10484-78.

Кислота азотная по ГОСТ 4461-77.

Кислота серная по ГОСТ 4204-77, разбавленная 1:1.

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77, разбавленная 1:1.

Натрия гидрат окиси по ГОСТ 4328-77, раствор с массовой долей 20%.

Калий пиросернокислый по ГОСТ 7172-76.

Цинк металлический по ГОСТ 3640-79.

(в ред. Изменения N 3, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.1989 N 2091)

Стандартный раствор азотнокислого цинка, раствор с молярной концентрацией 0,05 моль/дм3; готовят следующим образом: 3,269 г цинка растворяют при нагревании в смеси 100 см3 воды и 15 см3 азотной кислоты. Раствор выпаривают до 5 - 10 см3 и разбавляют водой до 1000 см3.

(в ред. Изменения N 3, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.1989 N 2091)

Аммиак водный по ГОСТ 3760-79.

Натрий уксуснокислый по ГОСТ 199-78.

Кислота уксусная по ГОСТ 61-75.

Ацетатный буферный раствор; готовят следующим образом: 250 г кристаллического уксуснокислого натрия помещают в мерную колбу вместимостью 1000 см3, растворяют в воде, добавляют 20 см3 уксусной кислоты, доводят водой до метки и перемешивают.

Ксиленоловый оранжевый, раствор с массовой долей 0,1%.

Раствор годен в течение 10 дней.

Трилон Б (комплексон III, двунатриевая соль этилендиамин-тетрауксусной кислоты) по ГОСТ 10652-73, раствор с молярной концентрацией 0,05 моль/дм3; готовят следующим образом: 18,6 г трилона Б растворяют в воде; фильтруют в мерную колбу вместимостью 1000 см3, разбавляют водой до метки и тщательно перемешивают.

(в ред. Изменения N 3, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.1989 N 2091)

Для определения поправочного коэффициента раствора трилона Б с молярной концентрацией 0,05 моль/дм3 отбирают из бюретки 20 см3 раствора трилона Б в коническую колбу вместимостью 500 см3 и разбавляют водой до 200 см3. Прибавляют 5 - 6 капель ксиленолового оранжевого и по каплям аммиак до появления синей окраски, которую устраняют добавлением по каплям соляной кислоты, разбавленной 1:1, до появления желтой окраски. Затем в колбу приливают 20 см3 ацетатного буферного раствора и титруют раствором азотнокислого цинка до изменения окраски из желтой в розовую.

(в ред. Изменения N 3, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.1989 N 2091)

Поправочный коэффициент для раствора трилона Б (К) с молярной концентрацией 0,05 моль/дм3 вычисляют по формуле

(в ред. Изменения N 3, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.1989 N 2091)

где v - количество раствора азотнокислого цинка с молярной концентрацией 0,05 моль/дм3 , см3;

(в ред. Изменения N 3, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.1989 N 2091)

- количество раствора трилона Б, см3.

Если для контрольного опыта берут столько же раствора трилона Б, сколько для пробы, то поправочный коэффициент для раствора трилона Б можно не определять.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

Натрий углекислый по ГОСТ 83-79.

(абзац введен Изменением N 3, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.1989 N 2091)

Натрий тетраборнокислый 10-водный по ГОСТ 4199-76, обезвоженный при 400 °С.

(абзац введен Изменением N 3, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.1989 N 2091)

Смесь для сплавления: смешивают натрий углекислый и натрий тетраборнокислый в соотношении 6:1 (по массе).

(абзац введен Изменением N 3, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.1989 N 2091)

3.1. Навеску кремния массой 2 г помещают в платиновую чашку вместимостью 200 см3, смачивают водой, добавляют 30 см3 фтористоводородной кислоты, затем небольшими порциями 15 см3 азотной кислоты.

(в ред. Изменения N 3, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.1989 N 2091)

Осторожным вращением перемешивают содержимое чашки. По окончании бурной реакции стенки чашки ополаскивают водой, добавляют 5 см3 серной кислоты, разбавленной 1:1, и выпаривают на бане до появления белых паров ангидрида серной кислоты. Затем охлаждают, осторожно обмывают стенки чашки водой из промывалки и выпаривают на бане досуха.

К сухому остатку прибавляют 5 г пиросернокислого калия и сплавляют в муфеле при температуре 800 °С или сухой остаток сплавляют с 8 г смеси для сплавления в муфеле при температуре 950 °С. Плав растворяют, добавляя 15 - 30 см3 соляной кислоты, разбавленной 1:1, и 40 - 50 см3 воды, нагревают для полного растворения плава, переводят в мерную колбу вместимостью 250 см3, охлаждают, доводят до метки водой и перемешивают.

(в ред. Изменения N 3, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.1989 N 2091)

Из приготовленного таким образом раствора определяют массовую долю алюминия, железа, кальция и титана, отбирая на каждое определение соответствующую аликвотную часть.

(в ред. Изменения N 3, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.1989 N 2091)

Из мерной колбы вместимостью 250 см3 отбирают 100 см3 раствора в мерную колбу вместимостью 250 см3, добавляют 25 см3 раствора трилона Б, нагревают почти до кипения, прибавляют при перемешивании 50 см3 раствора гидроокиси натрия, охлаждают, доводят водой до метки и перемешивают. Раствор фильтруют через сухой складчатый фильтр "синяя лента". Фильтрат собирают в сухую коническую колбу. Первые порции фильтрата отбрасывают.

Отбирают 100 - 200 см3 раствора, помещают в коническую колбу вместимостью 500 см3, добавляют 3 - 4 капли ксиленолового оранжевого и нейтрализуют раствор соляной кислотой, разбавленной 1:1, до перехода окраски индикатора в желтый цвет. После нейтрализации к раствору прибавляют 20 см3 ацетатного буферного раствора, кипятят 2 - 3 мин, охлаждают, вновь прибавляют 3 - 4 капли ксиленолового оранжевого и оттитровывают избыток трилона Б раствором азотнокислого цинка до изменения окраски раствора из желтой в розовую.

Одновременно через все стадии анализа проводят контрольный опыт на загрязнение реактивов.

4.1. Массовую долю алюминия (Х) в процентах вычисляют по формуле

где v - объем раствора трилона Б с молярной концентрацией 0,05 моль/дм3, содержащийся в аликвотной части, взятой для титрования, см3;

К - поправочный коэффициент раствора трилона Б с молярной концентрацией 0,05 моль/дм3;

- объем раствора азотнокислого цинка с молярной концентрацией 0,05 моль/дм3, израсходованный на титрование избытка трилона Б, см3;

0,00135 - массовая концентрация раствора трилона Б с молярной концентрацией 0,05 моль/дм3, выраженный в граммах алюминия, на см3;

V - общий объем раствора, см3;

- объем мерной колбы, в которой производят отделение железа и титана, см3;

- объем аликвотной части раствора, отбираемый для отделения железа и титана, см3;

- объем аликвотной части раствора, отбираемый для определения алюминия, см3;

m - масса навески кремния, г.

Если для контрольного опыта прибавляют столько же раствора трилона Б, сколько для пробы, то массовую долю алюминия () в процентах вычисляют по формуле

где v - объем раствора азотнокислого цинка с молярной концентрацией 0,05 моль/дм3, израсходованный на титрование избытка трилона Б в контрольном опыте, см3;

- объем раствора азотнокислого цинка, с молярной концентрацией 0,05 моль/дм3, израсходованный на титрование избытка трилона Б в пробе, см3;

V - общий объем раствора, см3;

- объем мерной колбы, в которой производят отделение железа и титана, см3;

- объем аликвотной части раствора, отбираемый для отделения железа и титана, см3;

- объем аликвотной части раствора, отбираемый для определения алюминия, см3;

m - масса навески кремния, г.

4.2. Допускаемые расхождения результатов параллельных определений не должны превышать значений, приведенных в таблице.

Метод применяют при разногласиях в оценке качества кремния кристаллического.

Сущность метода состоит в измерении атомной абсорбции алюминия при длине волны 309,3 нм в пламени закись азота - ацетилен.

Атомно-абсорбционный спектрометр со всеми принадлежностями типа "Перкин Эльмер", "Сатурн" или аналогичный.

Лампа с полым катодом для алюминия.

Ацетилен в баллонах технический по ГОСТ 5457-75.

Закись азота в баллонах медицинская.

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77, разбавленная 1:1.

Кислота азотная по ГОСТ 4461-77.

Кислота фтористоводородная по ГОСТ 10484-78.

Кислота серная по ГОСТ 4204-77, разбавленная 1:1.

Натрий углекислый по ГОСТ 83-79.

Натрий тетраборнокислый 10-водный по ГОСТ 4199-76, обезвоженный при 400 °С.

Смесь для сплавления: смешивают натрий углекислый и натрий тетраборнокислый в соотношении 6:1 (по массе).

Алюминий марки А995 по ГОСТ 11069-74.

Стандартный раствор алюминия: 0,5000 г алюминия помещают в стакан вместимостью 400 см3, небольшими порциями добавляют 50 см3 соляной кислоты разбавленной 1:1. Раствор нагревают до полного растворения алюминия. После охлаждения раствор переносят в мерную колбу вместимостью 500 см3, доливают до метки водой и перемешивают.

1,0 см3 раствора содержит 0,001 г алюминия.

Раствор-фон: 160 г смеси для сплавления помещают в стакан вместимостью 1000 см3, смачивают водой и осторожно, небольшими порциями, приливают 700 см3 соляной кислоты, разбавленной 1:1.

После растворения раствор переводят в мерную колбу вместимостью 1000 см3, доливают до метки водой и перемешивают.

7.1. Навеску кремния массой 2 г помещают в платиновую чашку, смачивают водой, добавляют 30 см3 фтористоводородной кислоты, затем небольшими порциями 15 см3 азотной кислоты.

Осторожным вращением перемешивают содержимое чашки. По окончании бурной реакции стенки чашки ополаскивают водой, добавляют 5 см3 серной кислоты, разбавленной 1:1, и выпаривают на бане до появления белых паров серной кислоты. Затем охлаждают, осторожно обмывают стенки чашки водой и выпаривают на бане досуха.

К сухому остатку прибавляют 8 г смеси для сплавления и сплавляют в муфеле при температуре 950 °С. Плав растворяют, добавляя 30 см3 соляной кислоты, разбавленной 1:1, и 40 - 50 см3 воды, нагревают до полного растворения плава, переводят в мерную колбу вместимостью 250 см3, охлаждают, доводят до метки водой и перемешивают.

В приготовленном растворе определяют массовую долю алюминия, кальция, железа и титана. Одновременно через все стадии анализа проводят контрольный опыт.

В полученных растворах проб, растворе контрольного опыта и в растворах для построения градуировочного графика измеряют значение атомной абсорбции алюминия при длине волны 309,3 нм в пламени закись азота - ацетилен.

Массу алюминия в растворе пробы и в растворе контрольного опыта определяют по градуировочному графику, который строят при каждой съемке.

7.2. Построение градуировочного графика

В шесть мерных колб вместимостью 250 см3 приливают по 50 см3 раствора фона. Затем вводят 0; 2,0; 5,0; 10,0; 20,0; 30,0 см3 стандартного раствора, что соответствует 0; 0,002; 0,005; 0,010; 0,020; 0,030 г алюминия. Растворы доливают до метки водой, перемешивают и измеряют абсорбцию растворов, как указан в п. 7.1.

По полученным значениям атомной абсорбции и соответствующим им массам алюминия строят градуировочный график.

8.1. Массовую долю алюминия () в процентах вычисляют по формуле

где - масса алюминия в растворе пробы, найденная по градуировочному графику, г;

- масса алюминия в растворе контрольного опыта, найденная по градуировочному графику, г;

m - масса навески пробы, г.

8.2. Допускаемые расхождения результатов параллельных определений не должны превышать значений, приведенных в таблице.