分析技术在电镀行业的应用

胡磊，景欣欣[a]

（苏州禾川化学技术服务有限公司[1]）

  摘要：随着工业化的发展，我国电镀行业发展迅速，传统的分析技术已无法满足其发展需求。运用现代化学分析和仪器分析对电镀液进行分析，可以准确对电镀液的成分进行定性、定量。有利于我国电镀行业的发展，缩短其与国际**技术的差距。

The Application of Analytic Technique in Electroplating Industry

Lei Hu，Xinxin Jin

  Abstract: With the development of the industrialization, the electroplating industry developed rapidly in China. The traditional analytic technique cannot meet the development of the electroplating industry. Using modern chemical analysis and instrument analysis in electroplating industry, we can get the exact qualitative and quantitative results of the components which can shorter the gap between our technique and international advanced technique and it is good for the development of our electroplating industry.

   1.前言

   随着工业化的发展，材料的表面性能受到越来越多人的关注。电镀是表面处理过程中非常重要的一种方法，是我国的工业产业链中不可缺少的一个环节，在我国国民经济中占有重要的位置。随着市场需求的增加，电镀行业也明显呈现上升趋势。通过近些年的发展，我国的电镀行业工艺技术水平以及技术装备水平都在逐步向发达国家靠近，但是还存在一定的差距。主要由于我国电镀企业较多，普遍规模较小，技术与产品的更新换代较慢。中国表面工程协会电镀分会的发展规划中也提出，根据我国的实际情况，电镀行业的发展趋势要向高端产品以及低毒低污染产品发展、还要进一步降低生产成本来提高效益，同时还要注重自身技术的创新[2]。这就要求电镀行业的工作者能够了解国际**技术，通过自身的经验积累，开发出应用性能更好、更加经济的产品。

   电镀是利用电解原理在材料表面镀上一层金属或者合金的过程，根据镀层的不同，材料所拥有的性能也不同。通过电镀可以提高材料的抗腐蚀性、增加材料硬度、防止磨损、提高导电性、润滑性、耐热性以及美观性等。在电镀产业发展过程中，除了需要优化电镀工艺，还要改进电镀液产品来满足生产需求。我国的电镀液技术发展迅速，但和国际**技术相比，仍然有一定的差距。电镀液产品开发以及生产过程中难免会遇到一系列的问题，因此，如何正确面对技术差距以及解决实验过程中遇到的一些问题变得非常重要。

  随着电镀行业的迅速发展，电镀行业遇到的问题越来越多。为了能够改进现有技术，解决生产、研发中遇到的问题，一些企业寻求与高校、研究所合作，取得一定效果。但是该类合作不能满足大多数企业的需求，因此，一类以分析检测来带动研发的公司（例如：苏州禾川化学技术服务服务有限公司¹）应运而生。这类公司的产生，可以帮助更多的企业了解国际**技术，还可以协助企业共同研发新产品，来满足电镀行业发展的需求。本文主要从化学分析以及仪器分析两方面来简单介绍企业在产品开发以及生产过程遇到问题时的解决方案。

   2.分析方法

   在产品研发和生产过程中，经常会遇到产品的某个性能无法达到实际应用需求，因此需要来对产品进行分析检测。同时，对现有产品进行分析，有利于加快电镀技术研发的步伐，跟进国际先进技术，从而缩短国内外电镀产品的技术差距。

   2.1 化学分析法

   化学分析法通常用于测定相对含量>1%的常量组分，准确度非常高（一般情况下相对误差为0.1%-0.2%），所用仪器设备（天平、滴定管等）又很简单，是解决常量分析问题的有效手段。化学分析被应用在许多实际生产领域，可以与各种仪器分析紧密结合。

   化学分析中的滴定法非常重要，在分析研发过程中必不可少。化学滴定主要有四种：酸碱滴定；氧化还原滴定；配位滴定以及沉淀滴定。酸碱滴定需要选择合适的指示剂来指示滴定终点，变色范围全部或者部分落在滴定突跃范围内的指示剂都可以用来指示终点。常见的酸碱指示剂有甲基橙、甲基红、溴酚蓝、溴甲酚氯、酚酞、百里酚酞等。该类方法在电镀液分析中有着广泛的应用。例如：氰化镀锌、碱性锌酸盐镀锌中总碱量的测定；酸性镀铜中的总酸测定等。丘山等人选用甲基橙或者乙基橙作为指示剂对酸性镀铜液中的硫酸进行滴定，可以准确的得到镀液中硫酸的含量[3]。氧化还原滴定是以氧化还原反应为基础的一类滴定方法。根据物质氧化还原电位的高低可以选择合适的滴定剂。劳光启利用氧化还原滴定对镍钨非晶镀液中柠檬酸进行滴定，通过计算得到柠檬酸溶液的浓度，效果良好[4]。配位滴定主要用于金属离子的测定，其中乙二胺四乙酸（EDTA）的应用范围*广。配位滴定可以对电镀液中的金属离子(Zn、Cu、Fe等)进行滴定。李成虹提供了一种对锌-铁合金镀液中锌和铁进行了滴定的方法，通过对滴定结果的计算可以得到镀液中锌和铁的浓度[5]。沉淀滴定是以沉淀反应为基础的一种滴定方法，常用的有银量法，多用于卤素的测定。硫酸根通常也可以利用沉淀滴定的方法来进行定量。董亦斌利用该方法对镀铜液中的硫酸根进行滴定，选用KI作为指示剂，可以简便、快速的得到镀液中硫酸根浓度[6]。

   随着科技的发展，示波*谱滴定法受到越来越多人的关注。该方法解决了有些产品分析过程中指示剂法无法观测的难题，利用示波仪可以直观、选择性的对产品进行滴定，在很多领域都可以运用[7]。何英和秦淑琪在电镀液分析以及电镀污水处理监控中运用了这种方法，使得滴定的过程变得更简单、更快，滴定的结果也更加的准确[8]。该类方法很好的利用化学分析与仪器的结合，解决了单纯化学分析无法解决的问题。

    2.2仪器分析法

   仪器分析是分析化学中一个重要分支，该方法利用特定的仪器，可以对物质进行定性、定量分析。在电镀行业，对电镀液的分析仪器主要由等离子发射光谱（ICP）、离子色谱、红外光谱、气相色谱-质谱联用、核磁共振波谱等技术。

   2.2.1金属元素的测定

   电镀液中金属元素主要来源于金属盐与导电盐，通过化学滴定的方法固然可以测定金属元素的含量，但是操作方法复杂，终点判断人为误差较大。利用仪器分析，可以大大降低人为误差。常用的定性定量分析方法有ICP法、X-射线荧光光谱（XRF）法、原子吸收（AAS）法以及能量色散X射线光谱（EDX）法。对于未知镀液中金属元素的测定，其中以ICP和XRF*为常用。特别是ICP，可以一次分析多种元素，其需样量少、灵敏度高，特别对低浓度物质的定量尤为重要。

   2.2.2阴离子测定

   电镀液中含有大量的金属盐，因此其中的阴离子量也较大。其中离子色谱*为常用，可以分析常见的阴离子（F^-、Cl^-、Br^-、NO₂^-、NO₃^-、SO₄^2-、PO₄^3-），成为分析电镀液中阴离子的**方法[9]。该法具有快速、方便、灵敏度高、选择性好等点。可以同时分析多种离子化合物，大大缩短了分析时间。该方法不仅可以分析阴离子，还可以测定一些阳离子如：Li⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、NH₄⁺等。

   2.2.3有机物的测定

   电镀液中含有多种有机添加剂、缓冲剂、络合剂等，都为有机成分，且这些组成种类繁多，非常复杂，大大增大了有机物的分析难度。因此在分析电镀液的时候，有机物的分析显得非常重要。

   目前，对有机物的分析方法较多，常用的方法有气相色谱-质谱联用法（GC-MS）、液相色谱-质谱联用法（LC-MS）、红外光谱法（IR）、核磁共振波谱法（NMR）、质谱法（MS）等。对于单一成分，红外光谱法以可以非常快速的检测产品中的有机物成分，不过需要专业技术，因此对仪器分析人员的技术需要较高。对于多种组分，GC-MS法可以对液体进行分析，需要样品量较少，分析速度快，准确，但是样品中不能气化的物质无法分析，因此需要和其他方法一起使用。LC-MS法可以对GC-MS进行补充，分析不能气化的物质，不过多种组分一般需要能在液相色谱柱中进行分离，很多情况下分离条件比较复杂，也使LC-MS的分析变得复杂。NMR法可以对单一成分进行快速检测，结果准确，同样需要专业人员进行分析。对多组分样品，NMR也可以得到比较理想的结果，对于专业人员来说，通过NMR结果的分析，可以很迅速的得到电镀液中的主要有机成分。MS法对单一成分分析可以给出结构的分子量以及离子碎片，起到验证分析结构的方法，很难直接通过MS结果来分析多组分物质的结构。因此，对于电镀液样品的分析，不仅需要多种仪器的联合使用，同时还需要工程师具备较强的仪器分析能力以及结果的综合能力才能够得到满意的分析结果。

   3. 结语

   随着电镀技术的发展，市场对电镀产品要求越来越高，今后电镀市场对技术的依赖也会更强，拥有自主知识产权的企业会占据制高点，能耗高技术含量低的被逐步淘汰是必然趋势。因此，了解现有技术，加速新产品的研发对于企业来说变得异常重要。目前，结合利用化学分析和仪器分析对电镀液产品进行分析可以很好的对有机、无机成分进行测定，仅凭一种分析方法很难达到准确分析产品成分。因此需要同时运用多种分析技术，结合专业人士对测试结果的分析、相互印证，才能很好的确定有机、无机化合物的结构。企业通过对现有技术的分析、了解，加速研发进程，可以很好的促进我国电镀行业的发展，赶上并超过国际**水平。