测定硫酸镍中镍离子含量的方法和分光光度仪
技术领域
本发明涉及有色金属检测领域，特别涉及一种测定硫酸镍中镍离子含量的方法及分光光度计。
背景技术
镍是有色金属工业中的重要金属，近年来由于新能源材料的快速发展，其价值日益受到重视。准确、精密、快速测量硫酸镍中镍含量对镍金属加工使用厂家意义重大，镍含量是否稳定直接影响电池材料的性能。要稳定材料中的镍含量，需要在配料过程中准确测量结晶硫酸镍或硫酸镍液体溶液中的镍含量，保证材料中镍含量的稳定性。
电解铜箔表面处理需要用到硫酸镍，硫酸镍中镍离子含量影响表面处理的效果。传统上镍的测定主要采用二乙酰肟重量法或络合滴定法。随着生产的大规模和连续化，传统的重量法测试耗时长，已经不能满足生产要求。因此寻找一种快速、准确测定镍含量的方法成为大规模生产的迫切要求。
发明内容
本申请的目的是提供一种测定硫酸镍中镍离子含量的方法及分光光度计，以快速测定镍含量，提高生产效率。
本申请公开了一种硫酸镍中镍离子含量的测定方法，包括以下步骤：
S1：称取硫酸镍样品，并用水溶解，得到待测试的硫酸镍测试溶液；
S2：将等体积的硫酸镍试液和水放入两个等体积的比色皿中；
S3：将装有水的比色皿放入分光光度计中，并将分光光度计调节至零位；
S4、将盛有待测硫酸镍试液的比色皿放入已调零的分光光度计中，已调零的分光光度计用预设波长的光线照射待测硫酸镍试液，直接显示硫酸镍试液中镍离子的浓度；
S5：将镍离子浓度代入公式（1），计算硫酸镍中镍的质量分数；
分光光度计根据待测硫酸镍试液对绿光的吸光度，计算出硫酸镍试液中镍离子的浓度。镍含量以镍（Ni）的质量分数表示，数值以％表示，按公式（1）计算：
在哪里：
C：镍浓度值，单位为摩尔/升；
m：样品的质量（以克为单位）。
可选的，所述预设波长的光的波长值为700nm至750nm之间的任意波长值。
可选的，预设光线波长的波长值为731nm。
可选的，在步骤S1之前，还包括以下步骤：
分光光度计按照硫酸镍标准溶液的测定顺序，从低浓度到高浓度绘制标准曲线。
可选的，步骤S1包括：
称取预定质量的硫酸镍样品，置于烧杯中；
在烧杯中加水溶解硫酸镍样品；
将烧杯中溶解的硫酸镍样品溶液转移到与烧杯相同容积的容量瓶中；
用水稀释至容量瓶中预置的刻度，摇匀，即得待测的硫酸镍试液。
可选的，所述向烧杯中加入水溶解硫酸镍样品的步骤包括：
实时检测并测定硫酸镍颗粒的直径；
若硫酸镍颗粒的直径大于预设值，则对溶解在水中的硫酸镍样品进行加热，当检测到硫酸镍颗粒的直径小于预设值时，停止加热；
若硫酸镍颗粒的直径小于预设值，则不进行加热。
可选的，在步骤S2之前还包括以下步骤：
预先用相应的待测硫酸镍试液和水分别冲洗两个干净的比色皿，冲洗后将比色皿中的待测硫酸镍试液和水倒掉；
重复上述步骤至少三次。
可选的，在步骤S4之后还包括以下步骤：
依次执行步骤S2、S3、S4；
若空白样测试结果为0，则分别以空白样测试之前的所有待测硫酸镍试液作为计算样品，执行步骤S5；
若空白样品测试结果不为0，则分别以该空白样品最后一次测试结果为0之前的所有待测试的硫酸镍试液作为待计算样品，执行步骤S5。
可选的，步骤S4包括：
用波长为731nm的光照射待测硫酸镍试液，根据待测硫酸镍试液对绿光的吸光度计算出硫酸镍试液中镍离子的浓度；
继续用波长为741nm的光照射待测硫酸镍试液，根据待测硫酸镍试液对绿光的吸光度计算出硫酸镍试液中镍离子的浓度；
比较在不同波长的光照射下得到的浓度，若浓度相同，则执行步骤S5；若浓度不同，则执行步骤S3。
本申请还公开了一种分光光度计，采用上述任意一种测定硫酸镍中镍离子含量的方法测定镍离子浓度。该分光光度计包括依次电连接的标准曲线绘制软件、镍离子浓度计算模块和显示屏；标准曲线绘制软件按照标准溶液的测定顺序，从低浓度到高浓度绘制标准曲线；镍离子浓度计算模块根据硫酸镍试液对绿光的吸光度计算出硫酸镍试液中镍离子的浓度，在获得镍离子浓度计算模块计算出的镍离子浓度数据后，显示屏显示镍离子浓度。
与络合滴定法测定镍含量的方案相比，本申请利用硫酸镍本身的颜色进行比色测定，将待测硫酸镍试液和水分别放在两个比色皿中，用盛有水的比色皿将分光光度计调零，再用调零后的分光光度计检测待测硫酸镍试液中镍离子的浓度，无需加入其他指示剂或其他溶液进行反应变色，并进行反复滴定，直接简化为水溶解、定容、检测，无需加入其他试剂，利用硫酸镍溶液原有的颜色进行检测，从根本上提高了效率，缩短了检测时间，提高了生产效率。
附图的简要说明
所包含的附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，其构成说明书的一部分，用于说明本申请的实施方式，并与文字说明一起解释本申请的原理。显然，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的情况下，还可以基于这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本申请第一实施例提供的硫酸镍中镍离子含量的测定方法的流程示意图；
2为本申请第二实施例提供的硫酸镍中镍离子含量的测定方法的流程示意图；
3为本申请第三实施例提供的硫酸镍中镍离子含量的测定方法的流程示意图；
图4为本申请第四实施例的分光光度计的示意图。
其中，100、分光光度计；110、标准曲线绘制软件；120、镍离子浓度计算模块；130、显示屏。
详细方法
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明部分实施例，而不是全部的实施例。
应当理解，本文所使用的术语、所公开的特定结构和功能细节仅仅用于描述特定实施例，但是本申请可以以多种替代形式实现并且不应被理解为仅限于本文所描述的实施例。
在本申请的描述中，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，不应理解为表示相对重要性或隐含地表示所指技术特征的数量。因此，除非另有说明，定义为“第一”和“第二”的特征可以明确或隐含地包括一个或多个特征；“多个”表示两个或两个以上。术语“包括”及其任何变体表示非排他性包含，并且可以存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或它们的组合。
此外，表示方位或位置关系的术语，例如“中心”、“侧向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“上”、“下”、“内”、“外”等，都是基于附图所示的方位或相对位置关系而描述的，仅为方便描述本申请而作的简化描述，并不表示所提及的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不应理解为对本申请的限制。
此外，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应当作广义理解，例如可以是固定连接、可拆卸连接或一体连接；可以是机械连接或电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间介质间接连接，还可以是两个部件之间的内部连接。对于本领域的普通技术人员来说，可以根据具体情况来理解本申请中上述术语的具体含义。
下面结合附图及可选的实施例对本申请进行详细的说明。
如图1所示，作为本申请的另一实施例，公开了一种硫酸镍中镍离子含量的测定方法，按照如下步骤进行测定：
S1：称取硫酸镍样品，并用水溶解，得到待测试的硫酸镍测试溶液；
S2：将等体积的硫酸镍试液和水放入两个等体积的比色皿中；
S3：将装有水的比色皿放入分光光度计中，并将分光光度计调节至零位；
S4、将盛有待测硫酸镍试液的比色皿放入已调零的分光光度计中，已调零的分光光度计用预设波长的光线照射待测硫酸镍试液，直接显示硫酸镍试液中镍离子的浓度；
S5：将镍离子的浓度值代入公式（1），计算镍的质量分数；
分光光度计根据待测硫酸镍试液对绿光的吸光度，计算出硫酸镍试液中镍离子的浓度。镍含量以镍（Ni）的质量分数表示，数值以%表示，按公式（1）计算：
在哪里：
C：镍浓度值，单位为摩尔/升；
m：样品的质量（以克为单位）。
本申请采用可见分光光度法测定硫酸镍中镍离子含量，利用硫酸镍本身的颜色进行比色测定。在常温条件下，将待测硫酸镍试液和水分别置于两个比色皿中，比色皿均敞开；利用装有水的比色皿将分光光度计调零；调零后的分光光度计检测待测硫酸镍试液中的镍离子浓度，无需加入其他指示剂或其他溶液进行反应变色，并进行反复滴定，直接简化为水溶解、定容、检测，从根本上提高了效率，缩短了检测时间，提高了生产效率。
具体地，在使用调零分光光度计检测待测硫酸镍试液中镍离子浓度的过程中，用预设波长的光线照射硫酸镍试液，根据硫酸镍试液对绿光的吸光度计算出硫酸镍试液中镍离子的浓度；由于硫酸镍溶液为绿色，绿色能够吸收的光线波长在200~400nm之间，而绿色硫酸镍溶液对红光的吸收效果最好。在进行实验测试时，可以选择700nm~750nm之间的任意波长值。目前，使用分光光度计照射硫酸镍溶液时，主要选择731nm进行照射。在731nm处测定镍离子对绿光的吸光度，根据吸光度计算出硫酸镍试液中镍离子的浓度。 其他常用的波长如725nm、735nm也能达到相应的效果。照射光的波长选择在700nm~750nm范围内，这个范围内的红光频率稳定，能量适中，更有利于绿色硫酸镍溶液的吸收，能得到更准确的吸光度。如果波长超出这个范围，可能频率不稳定，能量较大，导致硫酸镍溶液中的吸光颗粒受损，不利于硫酸镍溶液对红光的吸收。
另外，分光光度计配有标准曲线绘制软件，按照硫酸镍标准溶液测定顺序从低浓度到高浓度绘制标准曲线。用高纯度硫酸镍或硫酸溶解金属镍来模拟标准曲线，无需调节pH和添加其他试剂。具体为，打开分光光度计，调零并调节透光率为100％，按照仪器程序进行测试，通过仪器记录系统记录入射光的透过率。每个标准样品平行测试三次。硫酸镍标准溶液的测定顺序应从低浓度到高浓度进行。标准曲线利用仪器提供的软件自动绘制。分光光度计按照硫酸镍标准溶液测定顺序从低浓度到高浓度绘制标准曲线的步骤一般在步骤S1之前进行。
如图2所示，作为本申请的第二实施例，其是对上述第一实施例的进一步细化和改进，步骤S1包括：
S11：称取预定质量的硫酸镍样品，置于烧杯中；
S12：加水溶解烧杯中的硫酸镍样品；
S13、将烧杯中溶解的硫酸镍样品溶液转移到与烧杯相同容积的容量瓶中；
S14：于容量瓶中加水稀释至预设刻度，摇匀，即得待测的硫酸镍试液。
一般称取1.5g硫酸镍样品于100ml烧杯中，加少量水溶解后，转移至100ml容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；烧杯与容量瓶的容积相同，可避免烧杯中残留过多的试验溶液或减少将溶解的试验溶液引入容量瓶而造成的误差。容量瓶与烧杯的容积不限于100ml，只要二者容积相等即可，具体容积大小可根据试验所需硫酸镍试验溶液的量来选择；将10ml水与10ml待测试验溶液分别转移至两个10ml干净比色皿中。 硫酸镍试液的制备，其中以水作为空白样品，即作为待测硫酸镍试液的空白对照，采用与待测硫酸镍试液等体积的水，避免因体积不同而带来的其他影响；另外，称量硫酸镍样品时主要采用电子天平称量，电子天平可精确到小数点后四位，即可达0.0001g，为了称量更快，通常精度为0.0002g，或者只要精确到万分之一，0.0001g-0.0009g都可以。
需要说明的是，在烧杯中加水溶解硫酸镍样品的步骤包括：
实时检测并测定硫酸镍颗粒的直径；
若硫酸镍颗粒的直径大于预设值，则对溶解在水中的硫酸镍样品进行加热，当检测到硫酸镍颗粒的直径小于预设值时，停止加热；
若硫酸镍颗粒的直径小于预设值，则不进行加热。
在加入少量水溶解的情况下，检测并判断硫酸镍颗粒的粒径，若硫酸镍颗粒的粒径大于预设值，则对溶于水中的样品进行加热；待溶于水中的样品加热溶解后，转移至100ml容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀；若硫酸镍颗粒的粒径小于预设值，则不进行加热，直接执行步骤S2。
其中预设值通常为1mm，不同批次的硫酸镍样品中硫酸镍颗粒直径有所不同，如直径为1mm的硫酸镍颗粒和直径为2mm的硫酸镍颗粒。直径小于或等于1mm的硫酸镍颗粒直接加水20-50s即可溶解，而直径大于1mm的硫酸镍颗粒则判定为大于预设值，需要加热溶解。如果不进行加热处理，2mm的硫酸镍颗粒需要4-5分钟才能完全溶解。因此，大于预设值的硫酸镍颗粒需要加热，以缩短溶解时间，提高测试效率。
另外，为了保证比色皿中溶液的浓度不会受到比色皿中原有溶液的影响，在步骤S2之前还包括以下步骤：
用相应的硫酸镍试液和待测水预冲洗两个干净的比色皿，冲洗后弃去比色皿中的硫酸镍试液和水；
重复上述步骤至少三次。
比色皿使用前要先用相应的测试溶液预冲洗两只干净的比色皿，冲洗次数至少为三次。其中一只比色皿用相应的待测硫酸镍测试溶液冲洗，另一只比色皿用水预冲洗；用待测硫酸镍测试溶液冲洗过的比色皿可以直接用待测硫酸镍测试溶液冲洗三次，也可以先用水冲洗一次，但先用水冲洗比色皿会残留一些水，所以还需要再用待测硫酸镍测试溶液冲洗比色皿至少三次，每次都要倒掉，最后比色皿中只剩下测试溶液，这样才能保证镍含量的测试准确性； 当然，无论是用相应的待测硫酸镍试液和/或水预冲洗不同的比色皿，还是同一个比色皿，都是为了进一步去除残留物，避免残留物影响测试结果，所以具体次数可按照常规选择，也可在多次试验后得出最佳冲洗次数作为后期的标准次数。
进一步的，在步骤S4之后，所述方法包括：
依次执行步骤S2、S3、S4；
若空白样测试结果为0，则分别以空白样测试之前的所有待测硫酸镍试液作为计算样品，执行步骤S5；
若空白样测试结果不为0，则分别以该空白样最后一次测试结果为0之前的所有待测试的硫酸镍试液作为待计算样品，执行步骤S5。
该方法包括：使用已调零的分光光度计测试多个相同浓度的硫酸镍试液和空白样品；根据空白样品的测试结果计算多个硫酸镍试液中镍离子浓度的平均值，将该平均值作为待测硫酸镍试液的镍离子浓度进行下次计算；一般情况下，在使用分光光度计前仅调零一次，调零后即可测试待测硫酸镍溶液，当测试完同一批硫酸镍溶液后，若分光光度计放置时间超过预设时间，则在测试下一批硫酸镍溶液前需再次调零。
当然，在步骤S4之后，并不限于再次执行步骤S2、S3、S4，再根据空白样品的测试结果执行步骤S5；也可以是S2、S3、S4、S4，步骤S4可以执行多次，但步骤S4所选的波长不同；例如分别用波长为731nm和741nm的光照射待测硫酸镍试液，根据硫酸镍试液对绿光的吸光度计算待测硫酸镍试液中镍离子的浓度；若不同波长下的浓度相同，则执行步骤S5，若不同，可取平均值作为计算，或者可以再次执行步骤S2、S3、S4，根据下次测试的硫酸镍浓度和前几次的硫酸镍浓度选择相同的浓度值作为步骤S5计算质量分数的浓度值。 另外，该方法并不限于在空白样品测试结果不为0时直接进行计算，可以增加一个校正步骤，得到第一次测试的硫酸镍试液的镍离子浓度。另外，将等体积的硫酸镍试液和待测水分别放入两个等体积的比色皿中，将装有硫酸镍试液和待测水的两个比色皿放入分光光度计进行测试。如果加水的空白对照样品的测试结果仍然不为0，则不计算测试结果有偏差的值；如果为0，则判断上次S3有问题，将加水的比色皿再次放入分光光度计中，将分光光度计调零，然后再次执行步骤S4；还要注意的是，循环步骤并不是无限循环，一般在得到3～6个待测硫酸镍试液的浓度值时即可停止循环。
由于在步骤S2-S4的循环过程中，可以通过测试获得多个待检测的硫酸镍浓度值，因此，若空白样品测试结果为0，则以空白样品测试之前的所有待检测的硫酸镍试液作为待计算样品。若多个待计算样品的浓度值相同，则以相同的浓度值作为步骤S5的计算值。若多个待计算样品的浓度值不同，则对多个待计算样品的浓度值取平均值，以平均值作为步骤S5的计算值。
此外，作为本申请的另一实施例，如图3所示，与上述实施例不同的是，步骤S4包括：
S41：用波长为731nm的光照射待测硫酸镍试液，根据待测硫酸镍试液对绿光的吸光度计算出硫酸镍试液中镍离子的浓度；
S42、继续用波长为741nm的光照射待测硫酸镍试液，根据待测硫酸镍试液对绿光的吸光度计算出硫酸镍试液中镍离子的浓度；
S43、比较不同波长光照射下得到的浓度，若浓度相同，则执行步骤S5；若浓度不同，则执行步骤S3。
通过分别用多个不同的预设波长值进行照射，保证了分光光度计在不同波长下的吸光度具有一定的对比度，使得根据吸光度计算出的浓度值更加可靠；当然，以上波长值的光仅作为示例性讨论，预设波长的值可以仅限于这两个波长值，只要波长在预设范围内即可用于检测，并且为了提高准确度，也可以使用多种波长的光进行照射，在预设的次数内可以进行多次测试，而不限于两次测试。
如图4所示，作为本申请的第四实施例，公开了一种分光光度计100，其采用上述任一实施例所述的硫酸镍中镍离子含量的测定方法，对镍离子浓度进行测定。分光光度计100包括依次电连接的标准曲线绘制软件110、镍离子浓度计算模块120和显示屏130；标准曲线绘制软件按照标准溶液110的测定顺序，从低浓度到高浓度绘制标准曲线；镍离子浓度计算模块120根据硫酸镍试液对绿光的吸光度，计算出硫酸镍试液中镍离子的浓度；显示屏130获取镍离子浓度计算模块120计算出的镍离子浓度数据，并显示镍离子浓度。
称取预定质量的硫酸镍样品，用水溶解，得到待测的硫酸镍试液。准备两个相同体积的比色皿，分别盛有待测的硫酸镍试液和水。然后开启分光光度计，以盛有水的比色皿作为空白对照比色皿，待分光光度计稳定后，按ZERO键调零，按照仪器程序对仪器进行测试。用波长为731nm的光进行照射，用分光光度计100记录系统入射光的透过率。每个标准样品平行测试三次，分光光度计根据硫酸镍试液对绿光的吸光度计算出硫酸镍试液中镍离子的浓度。测试完成后，分光光度计显示屏直接显示镍离子的浓度值，直观地反馈给工作人员。 最后，根据公式（1），员工或分光光度计直接计算硫酸镍镍的质量分数如下：
ni％是镍的质量分数，C是每升鼠的镍的浓度，M是克中样品的质量。
应该注意的是，本解决方案中所涉及的各个步骤的局限性在不影响特定解决方案的情况下被视为限制限制前面的步骤。
最后，应该注意的是，上述实施例仅用于说明本发明的技术解决方案，而不是限制本发明的详细描述。相应的技术解决方案偏离本发明实施方案的技术解决方案的范围。