張修景

（菏澤學(xué)院化學(xué)與化工系，山東菏澤 274015）

微波消解-ICP-AES測(cè)定鎂合金中10種雜質(zhì)元素

張修景

（菏澤學(xué)院化學(xué)與化工系，山東菏澤 274015）

采用微波消解技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行處理，確定了試劑的配比，微波消解功率、時(shí)間、壓力、冷動(dòng)溫度等關(guān)鍵參數(shù)，建立了微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鎂合金中10種雜質(zhì)元素（Al，Mn，Zn，Zr，Nd，Si，Cu，Ni，F(xiàn)e，Be）的方法。通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化了儀器的工作條件，確定了各元素分析線(xiàn)，對(duì)鎂基體、共存元素的干擾及消除進(jìn)行了研究，各元素測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.04%～3.35%（n=8），加標(biāo)回收率為95.0%～105.0%。

微波消解；電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）；鎂合金

鎂合金的密度比鋁的密度低，是密排六方點(diǎn)陣金屬結(jié)構(gòu)材料，具有強(qiáng)度高（比鋼強(qiáng)度高）、尺寸穩(wěn)定、易加工成形、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、阻尼減振、電磁屏蔽和容易再回收等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于航空、航天、汽車(chē)工業(yè)、摩托車(chē)、家用電器、通訊設(shè)備、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，是當(dāng)今材料科學(xué)研究的重點(diǎn)方向之一［1-4］。對(duì)于鎂合金的測(cè)定，國(guó)標(biāo)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大多采用重量法、分光光度法［5-11］、容量法［12，13］等，但這些方法操作繁瑣，消耗試劑量多，分析周期長(zhǎng)，往往會(huì)影響企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，而不能滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。筆者使用微波消解儀處理鎂合金試樣，然后用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鎂合金中10種雜質(zhì)元素（A l，Zn，Mn，Zr，Nd，Si，Cu，Ni，F(xiàn)e，Be），方法簡(jiǎn)便、快速，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

等離子體原子發(fā)射光譜儀：Optima 2000DV型，美國(guó)Perkin-Elmer公司；

冷卻循環(huán)水機(jī)：Poly Science 6105 PE chiller型，美國(guó)科藝儀器有限公司；

空氣壓縮機(jī)：3HBE-31T-M 303X GAST型，深圳高志自動(dòng)機(jī)電有限公司；

微波消解儀：WX-4000型，上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司；

硝酸、鹽酸：優(yōu)級(jí)純；

純鎂：純度大于99.9%；

A l，Zn，Mn，Zr，Nd，Si，Cu，Ni，F(xiàn)e，Be標(biāo)準(zhǔn)溶液：濃度均為1 mg/m L，用時(shí)進(jìn)行逐級(jí)稀釋。

1.2 儀器條件

功率：1 300kW；霧化壓力：15 MPa；積分時(shí)間：10s；觀(guān)察高度：15 mm；冷卻氣流量：15 L/m in；輔助氣流量：0.2 L/m in ；載氣流量：0.8 ；提升量：1.5 L/m in。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

（1）試液的制備

稱(chēng)取0.2000g鎂合金試樣，放入聚四氟乙烯微波增壓消解罐中，加入7 m L鹽酸、3 m L硝酸，微波消解，同時(shí)做空白對(duì)照。消解程序：110℃，0.5 MPa(5 atm)，5 m in，800W ；140℃，1 MPa（10atm）,5 m in，800W；170℃，2 MPa （20atm）,4 m in，800W；200℃，2 5 MPa （25 atm),3 m in，800W。將消解后的溶液轉(zhuǎn)移至小燒杯中，水溶趕酸，近干后加1%的鹽酸水溶液溶解，過(guò)濾，轉(zhuǎn)入100m L容量瓶中，用1%的鹽酸水溶液定容，溶液存入潔凈的塑料瓶中，作為待測(cè)液。

（2）低標(biāo)溶液

以1%鹽酸為試劑空白，進(jìn)行空白試驗(yàn)，作為低標(biāo)溶液。

（3）高標(biāo)溶液

選擇一個(gè)或多個(gè)與分析樣品合金元素含量接近的標(biāo)準(zhǔn)樣品或同試液制備一個(gè)與待測(cè)合金元素含量相當(dāng)?shù)暮铣蓸?biāo)樣為高標(biāo)溶液。

（4）測(cè)量

按儀器工作條件調(diào)整儀器，待儀器穩(wěn)定后，以高、低標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，依次對(duì)樣品溶液進(jìn)行測(cè)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品處理及酸度的選擇

將試樣分別用硝酸 5，10，15 m L，鹽酸 5，10，15 m L，硝酸7 m L加鹽酸3 m L，鹽酸7 m L加硝酸3 m L,對(duì)同一樣品進(jìn)行溶解,然后進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果表明，隨著酸度的增加，各元素的分析線(xiàn)強(qiáng)度在10～15 m L時(shí)略有下降，在15 m L時(shí)有明顯下降，為了使試樣溶解充分，選擇7 m L鹽酸加3 m L硝酸溶解樣品。

2.2 微波消解條件的選擇

稱(chēng)取0.2000g鎂合金試樣兩份，分別放入兩個(gè)聚四氟乙烯微波增壓消解罐中，加入7 m L鹽酸、3 m L硝酸，并做空白對(duì)照，消解程序：（1）200℃，2.5 MPa（25 atm），17 m in，800W ；（2）110℃，0.5 MPa （5 atm），5 m in，800W；140℃，10MPa （105 atm），5 m in，800W；170℃，2.0MPa （20atm），4 min，800W；200℃，2.53 MPa （25 atm），3 min，800W。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，程序（2）比程序（1）消解液的透明度高，故選程序（2）。

2.3 分析線(xiàn)的選擇

為了消除樣品測(cè)量過(guò)程中以光譜干擾為主因素的影響，應(yīng)選擇靈敏度高、光譜干擾小的譜線(xiàn)作分析線(xiàn)。在譜線(xiàn)表中選出靈敏度高的3條譜線(xiàn)，通過(guò)試驗(yàn)比較被測(cè)元素譜線(xiàn)的干擾及靈敏度，選擇出被測(cè)元素的最佳分析線(xiàn)，見(jiàn)表1。

表1 被測(cè)元素的分析線(xiàn)

2.4 基體的影響

稱(chēng)取0.1 g純鎂，不加待測(cè)元素，按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行微波消解和測(cè)量，結(jié)果列于表2。由表2數(shù)據(jù)可知，基體鎂對(duì)待測(cè)元素?zé)o明顯干擾。

表2 基體對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

2.5 共存元素的影響及消除

鎂合金中所含雜質(zhì)元素中含量較高的有A l，Mn，Zn，Zr，Nd，所以在測(cè)量時(shí)共存元素間的干擾也主要來(lái)自這些元素。按表3合成標(biāo)樣，按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行共存元素干擾試驗(yàn)。

3 共存元素的影響

由表3可知，Mn，Zr對(duì)Si有明顯干擾，其它元素間均有較微弱的干擾。因此在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)試樣中的待測(cè)元素含量進(jìn)行大致匹配，以消除干擾。

2.6 精密度及加標(biāo)回收試驗(yàn)

用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)BY2011-1進(jìn)行8次連續(xù)測(cè)定，然后進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果列于表4。由表4可知，10種元素的回收率為 95.0%～105.0%，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.04%～3.35%，滿(mǎn)足分析要求。

表4 精密度及加標(biāo)回收率試驗(yàn)結(jié)果 %

2.7 對(duì)照分析試驗(yàn)

按照實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)BY2010-1，BY2011-1進(jìn)行了5次測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相符。

3 結(jié)論

通過(guò)采用微波消解技術(shù)對(duì)鎂合金樣品進(jìn)行處理，確定了試劑的配比、微波消解條件，優(yōu)化了ICP-AES法測(cè)定鎂合金中10種雜質(zhì)元素的儀器工作條件。該方法對(duì)鎂合金中 Al，Mn，Zn，Zr，Nd，Si，Cu，Ni，F(xiàn)e，Be進(jìn)行分析，精密度和回收率較高，滿(mǎn)足化學(xué)分析的要求，方法穩(wěn)定、簡(jiǎn)便、快速，符合生產(chǎn)的需求，實(shí)用性強(qiáng)。

表5 對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果 %

［1］黃曉鋒，朱凱，曹喜娟.主要合金元素在鎂合金中的作用［J］.鑄造技術(shù)，2008，29(11):1 574-1 578.

［2］丁文江，付彭懷，彭立明，等.先進(jìn)鎂合金材料及其在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].航天環(huán)境工程，2011(2):103-109.

［3］孫德新，孫大千，李金寶，等.鎂合金焊接技術(shù)的研究進(jìn)展及應(yīng)用［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2006(8):122-126.

［4］唐全波，黃少東，伍太賓.鎂合金在武器裝備中的應(yīng)用分析［J］.兵器材料科學(xué)與工程，2007(2):69-72.

［5］GB/T 13748.4-2005 鎂及鎂合金化學(xué)分析法錳含量的測(cè)定高碘酸鹽分光光度法［S］.

［6］GB/T 13748.9-2005 鎂及鎂合金鐵含量的測(cè)定鄰二氮菲分光光度法[S].

［7］GB/T 13748.10-2005 鎂及鎂合金化學(xué)分析法鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定硅量[S].

［8］GB/T13748.11-2005 鎂及鎂合金化學(xué)分析法依來(lái)鉻氰藍(lán)R分光光度法測(cè)定鈹量[S].

［9］GB/T 13748.12-2005 鎂及鎂合金化學(xué)分析法銅含量的測(cè)定新亞銅靈分光光度法[S].

［10］GB/T 13748.14-2005 鎂及鎂合金化學(xué)分析法鎳含量的測(cè)定丁二酮肟分光光度法[S].

［11］GB/T 13748.7-2005鎂及鎂合金化學(xué)分析法鋯含量的測(cè)定二甲酚橙分光光度法[S].

［12］GB/T 13748.1-2005 鎂及鎂合金化學(xué)分析法鋁含量的測(cè)定[S].

［13］GB/T 13748.15-2005 鎂及鎂合金化學(xué)分析法鋅含量的測(cè)定[S].

Determ ination of Ten Im purities Elem ents in M agnesium Alloy by M icrowave Digestim Inductively Coupled Plasma-Atom ic Em ission Spectrom try

Zhang Xiujing
(Department of Chemistry and Chem ical Engineering, Heze University, Heze 274015, China )

M icrowave digestion technique was adopted to process sam ples，key factors such as the reagent pvoportion，microwave digestion power, time, pressure，cooling temperature，and so on were drtermined. The method was established using inductively coupled plasma atom ic em ission spectrometry to test ten kinds of impurity element A l，Mn，Zn，Zr，Nd ，Si，Cu，Ni，F(xiàn)e，and Be. The experiment conditions of the instrument，the selection of analysis line，magnesium matrix，and the interference and elim ination of coexistence elements were studied. The relative standard deviations of elements determination results were 0.40%-3.35%(n=8), and recoveries were 95.0%-105%.

m icrowave digestion; inductively coup led p lasma; atom ic em ission spectrom try（ICP-AES）;magnesium alloy

O657.31

A

1008-6145(2012)01-0058-03

10.3969/j.issn.1008-6145.2012.01.018

聯(lián)系人：張修景；E-mail:30046838@qq.com

2011-10-13