劉喜山　高　頌　龐曉輝　李　蓓

(中航工業(yè)北京航空材料研究院，航空材料檢測與評價北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095)

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電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定高硅鋁合金中Nb、Mo、W、Ta含量

劉喜山高頌龐曉輝李蓓

(中航工業(yè)北京航空材料研究院，航空材料檢測與評價北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095)

介紹了用ICP-OES法測定高硅鋁合金中鈮、鉬、鎢、鉭元素的方法。通過溶樣方法的選擇、儀器工作參數(shù)的優(yōu)化、基體和共存元素的影響等試驗(yàn)，確定了采用鹽酸、氫氟酸和硝酸溶解樣品，用基體匹配方法消除基體鈦對測定的影響。在儀器最佳工作條件下，選擇了Nb：269.706 nm、Mo：202.030nm、W：239.708 nm、Ta：240.063 nm為待測元素分析線，測得的方法檢出限是0.001～0.002μg/mL。加標(biāo)回收和精密度結(jié)果表明：本方法快速、準(zhǔn)確，可以滿足鋁合金中的鈮、鉬、鎢、鉭元素的測定要求，方法RSD<9.45%，回收率90%～110%。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法高硅鋁合金鈮、鉬、鎢、鉭

高硅鋁合金具有高比強(qiáng)度和比剛度，目前仍是飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料，在飛機(jī)上的應(yīng)用仍有不可取代的優(yōu)勢[1]。鈮、鉬、鎢、鉭是稀有難熔金屬家族中的主要成員，其具有高溫穩(wěn)定性、化學(xué)耐腐性優(yōu)良等性質(zhì)，在國防軍事、航空航天、機(jī)械加工等領(lǐng)域一直發(fā)揮著重要作用[2]。目前在鋁合金中摻雜少量難熔金屬元素的研究較少，因此準(zhǔn)確測定鋁合金中難熔金屬的含量具有重要意義。過去對難熔金屬如鈮、鉬、鎢、鉭金屬主要采用光度法，但是流程很長，元素干擾嚴(yán)重。由于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法具有靈敏度高,檢出限低，多元素同時分析能力，線性范圍寬,基體干擾小等特點(diǎn)，特別適用于各類合金樣品中金屬元素的分析[3]。本實(shí)驗(yàn)采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對鋁合金中難熔金屬鈮、鉬、鎢、鉭元素含量的測定，并進(jìn)行了精密度和加入回收試驗(yàn)。

1　試驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

美國Perkin Elmer公司生產(chǎn)的Optima8300DV型全譜直讀電感耦合等離子體光譜儀。

鈮、鉬、鎢、鉭的標(biāo)準(zhǔn)儲備液1.00 mg/mL，國家標(biāo)準(zhǔn)溶液，鋼鐵研究總院制，使用時逐級稀釋。

實(shí)驗(yàn)用鹽酸、硝酸、氫氟酸均為優(yōu)級純,水為二次蒸餾水,鋁元素單標(biāo)準(zhǔn)溶液均用質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.95%的純金屬配制。

1.2儀器工作條件

儀器分析條件:高頻頻率：40MHz；正向功率：1.3kW，檢測器：SCD；觀測方向：水平；觀測高度：15mm，冷卻氣流量：12L/min；霧化氣流量：0.6L/min；積分時間：5s。分析元素波長見表1。

表1　待測元素分析線波長

1.3試驗(yàn)方法

稱取0.2000g合金樣品置于100mL聚四氟乙烯燒杯中，加入10mL鹽酸(1+1)、1.5mL氫氟酸，低溫加熱溶解，反應(yīng)停止后，加入1mL硝酸，溶解完全后，冷卻后轉(zhuǎn)移入50mL容量瓶中，用水稀釋至刻度,搖勻。

1.4校準(zhǔn)曲線配制

選擇純鋁(質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于99.99%)進(jìn)行基體匹配，按1.3同步處理后移入50 mL容量瓶中，根據(jù)表2中校準(zhǔn)曲線的含量，加入待測元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，用水稀釋至刻度，混勻，制備標(biāo)準(zhǔn)曲線系列溶液。

表2　校準(zhǔn)曲線含量　%

1.5測定

于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀上，在選定的工作條件下測量各待測元素的百分含量。

2　結(jié)果與討論

2.1樣品溶解試驗(yàn)

樣品溶解完全，是保證分析結(jié)果準(zhǔn)確、可靠的必要條件。一般來說對高硅鋁合金使用酸溶解或者堿溶解鋁合金樣品，當(dāng)樣品不需測定硅含量時，亦可用酸溶法處理試樣，而金屬鈮鉬鎢鉭較易溶于鹽酸、硝酸、王水中的任一種與氫氟酸形成的混酸，而單一酸可能溶解不完全。本實(shí)驗(yàn)樣品采用氫氧化鈉溶解時，樣品底部有少量渾濁物，加入鹽酸后此渾濁物并未完全消失；采用王水和氫氟酸形成的混酸溶解此樣品，溶解后澄清，可以保證鈮鉬鎢鉭能完全溶解，因此本實(shí)驗(yàn)采用鹽酸、硝酸、氫氟酸溶解。

2.2儀器工作參數(shù)選擇

儀器工作條件的優(yōu)化以提高檢測的靈敏度為目標(biāo)，霧化氣流量是ICP分析方法關(guān)鍵的參數(shù)之一，影響中心通道內(nèi)各種參數(shù)和分布，因此需對霧化氣流速進(jìn)行優(yōu)化。在保證其它條件不變的情況下，只改變霧化氣流速，測量各元素的譜線強(qiáng)度，結(jié)果表明，上述元素的譜線強(qiáng)度隨載氣流速的增大逐步增加，當(dāng)霧化氣流速在0.6 L/min 時達(dá)到最大后，上述元素的譜線強(qiáng)度值又隨霧化氣流速增大而減小，本試驗(yàn)選擇霧化氣流速為0.6 L/min。

2.3分析線的選擇

通過掃描待測元素波長附近譜圖發(fā)現(xiàn)，基體鈦元素對待測元素譜線強(qiáng)度有影響，譜線的背景相應(yīng)增強(qiáng)，這種影響可以通過基體匹配進(jìn)行消除。因此，在配置校準(zhǔn)曲線溶液時應(yīng)進(jìn)行基體匹配。

待測譜線應(yīng)免受光譜干擾、足夠的線性范圍、靈敏度高，根據(jù)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀譜線庫提供的待測元素Nb、Mo、W、Ta的推薦波長及背景等效濃度、檢出限、信噪比、強(qiáng)度等參數(shù)，對待測元素的譜線進(jìn)行初選。配制上述待測元素濃度為1μg/mL的單標(biāo)準(zhǔn)溶液，在選定的波長處用進(jìn)行譜圖掃描，同時掃描基體元素Al及主量元素Si、Cu、Fe、Mg、Ti的單標(biāo)準(zhǔn)溶液，觀察待測元素的譜線受基體和主量元素的干擾情況和待測元素互相間的干擾情況，表3中列出了譜線選擇的結(jié)果。

綜上所述選擇Nb：269.706nm、Mo：202.030nm、W：239.708nm、Ta：240.063nm為待測元素分析線。

2.4線性范圍、相關(guān)系數(shù)和檢出限

根據(jù)樣品中的待測元素的含量和基體成分，配制工作曲線,其濃度范圍、相關(guān)系數(shù)見表4。

方法檢出限是選用的分析方法和所用儀器進(jìn)行微量分析的重要技術(shù)指標(biāo)，它表明該方法所能檢出某元素的最低濃度，在確定的測量條件下對試劑空白溶液進(jìn)行了11次測定，計算其標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差為其檢出限，計算出各元素的檢出限,見表4。

表3　譜線選擇結(jié)果　%

表4　線性范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限

2.5方法的回收率和精密度

按所確定的儀器工作參數(shù)與實(shí)驗(yàn)方法，對樣品分析并進(jìn)行加入回收試驗(yàn)(n=8)，結(jié)果見表5。

表5　鋁合金樣品的分析結(jié)果　%

本實(shí)驗(yàn)選擇Nb：269.706nm、Mo：202.030nm、W：207.912nm、Ta：240.063nm為待測元素分析線，進(jìn)行了樣品溶解研究、優(yōu)化了儀器條件、對樣品進(jìn)行了加入回收和精密度試驗(yàn)，回收率90～110%，RSD≤9.45%。試驗(yàn)結(jié)果表明本方法可以消除基體和主量元素的光譜干擾，這些分析線靈敏度高，檢出限低。本方法快速、準(zhǔn)確,可用于鋁合金中雜質(zhì)元素鈮、鉬、鎢、鉭含量的測定。

[1] 龐曉輝，等.ICP-OES法測定鋁合金中Y、La、Pr、Sm、Ce、Gd和Nd [J].分析儀器,2012，(2)：41-43 .

[2] 張穎.高純鎢、鉬、鈮、鉭工業(yè)分析進(jìn)展[J].湖南有色金屬2012，28,(6)：71-76.

[3] 高頌、龐曉輝.電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定鈦合金ZTC4及純Ti中雜質(zhì)元素[J].冶金分析,2010,9(30)：610～613.

Determination of niobium，molybdenum，wolfram，tantalum in aluminium alloys by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.

Liu Xishan,Gao Song,Pang Xiaohui,Li Bei

(AVIC Beijing Institute of Aeronautical Materials ，Beijing Key Laboratory of Aeronautical Materials Testing and Evaluation,Beijing 100095,China)

A method for determination of niobium，molybdenum，wolfram，tantalum in aluminium alloys by ICP-AES is proposed.The experiment of instrument parameters,sample dissolution,selection of analytical lines，the effect of matrix and coexist elements on the determination，the comparison of reference materials and the analysis results are carried out.The recovery rate is 90%-110%，RSD≤9.45%.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry；aluminium alloys；niobium；molybdenum；wolfram，tantalum

劉喜山，男，1987年出生，工學(xué)碩士，助理工程師，從事材料化學(xué)成分分析研究工作。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.04.006

2015-12-07