劉 爽 葉曉英 楊春晟

(中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定高純鋁中Fe、Cu、Mg、Zn、Ti

劉 爽 葉曉英 楊春晟

(中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095)

建立了用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定高純鋁中Fe、Cu、Mg、Zn、Ti的方法。詳細討論了基體元素和共存元素對分析元素的光譜干擾，以及鹽酸用量的影響；選擇了合適的分析譜線，同時得出了各元素的檢出限。證明用基體匹配的方法在Fe 259.940 nm、Cu 327.396 nm、Mg 279.079 nm、Zn 213.856 nm、Ti 334.941 nm處可準確、可靠地測定高純鋁中含量范圍在0.001%～0.01%的Fe、Cu、Mg、Zn、Ti元素。

ICP-AES；Fe；Cu；Mg；Zn；Ti；高純鋁

前言

高純鋁有著密度小、熱導率與電導率高、對光的反射率高、對大氣有很強的抗腐蝕性能等一系列優(yōu)異的物理化學性能，廣泛應用于計算機、通訊、光導纖維、半導體材料等高科技行業(yè)，如航空航天器要用很多高強度、高韌性、高抗蠕變、高抗疲勞的鋁合金就是以高純鋁為原料的[1]。Fe、Cu、Mg、Zn、Ti等雜質(zhì)元素的含量會直接影響高純鋁的性能、使用效果[2]和價格[3]，因此，準確測量Fe、Cu、Mg、Zn、Ti的含量尤為重要。

高純鋁中大多數(shù)雜質(zhì)來自原料(鋁土礦、燒堿、碳素等)，雜質(zhì)的種類及含量決定于原料產(chǎn)地及品質(zhì)，不過這并不是唯一的因素，由同一原料按同一工藝生產(chǎn)的不同批次鋁在成分上也相差懸殊[4]。目前鋁及鋁合金中雜質(zhì)元素分析多采用原子吸收光譜(AAS)法、分光光度法和電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法等[5-6]，ICP-AES法由于受儀器靈敏度的限制，對高純金屬中痕量元素分析的準確度和精密度往往不令人滿意[7-9]。

本文研究了高純鋁試樣中基體鋁和Fe、Si、Cu、Mg、Zn、Ti等共存元素對待測元素的光譜干擾，以及處理試樣用鹽酸的用量對測量結(jié)果的影響。結(jié)果表明，采用ICP-AES法測定高純鋁中的Fe、Cu、Mg、Zn、Ti的含量，具有良好的精密度和準確度，可以滿足產(chǎn)品檢測要求。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

JY ULTIMA型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(法國JOBIN YVON公司生產(chǎn))。

儀器工作條件：高頻發(fā)生器功率1 050 W,高頻功率40.68 MHz；入射功率1.0 kW,入射狹縫20 μm；反射功率<10 W，出射狹縫15 μm；護套氣流量0.2 L/min，冷卻氣流量15 L/min；一點式積分(2 s)。分析譜線見表1。

表1 分析譜線

1.2 主要試劑

處理試樣用鹽酸、硝酸均為優(yōu)級純試劑，實驗用水為二次去離子水。

1.3 標準溶液

Fe標準儲備溶液(1.00 mg/mL)：稱取1.000 0 g純鐵(質(zhì)量分數(shù)不小于99.99%)于300 mL燒杯中，加入15 mL去離子水、15 mL鹽酸，加熱至完全溶解，冷卻后用去離子水定容于1 000 mL容量瓶中，搖勻。

Cu標準儲備溶液(1.00 mg/mL)：稱取1.000 0 g純銅(質(zhì)量分數(shù)不小于99.99%)于300 mL燒杯中，加入15 mL去離子水、15 mL硝酸，加熱至完全溶解，冷卻后用去離子水定容于1 000 mL容量瓶中，搖勻。

Mg標準儲備溶液(1.00 mg/mL)：稱取1.000 0 g純鎂(質(zhì)量分數(shù)不小于99.99%)于300 mL燒杯中，加入10 mL水，緩慢加入40 mL鹽酸，劇烈反應后微熱至完全溶解，冷卻后用去離子水定容于1 000 mL容量瓶中，搖勻。

Zn標準儲備溶液(1.00 mg/mL)：稱取1.000 0 g純鋅(質(zhì)量分數(shù)不小于99.99%)于300 mL燒杯中，加入10 mL去離子水、10 mL鹽酸，溶解后移入1 000 mL容量瓶中，補加10 mL鹽酸，去離子水定容，搖勻。

Ti標準儲備溶液(1.00 mg/mL)：稱取0.500 0 g純鈦(質(zhì)量分數(shù)不小于99.98%)于150 mL燒杯中，加入20 mL硫酸(1+1)溶液，低熱至溶解完全，滴加硝酸至溶液紫色消失，吹水溶解鹽類，冷卻后用去離子水定容于500 mL容量瓶。

1.4 實驗方法

利用光電天平稱取0.50 g(±0.000 2 g)樣品，加入10 mL去離子水、10 mL鹽酸，低溫加熱(約130 ℃)，樣品溶解完全后冷卻至室溫，滴加3 mL硝酸，用洗瓶吹少量水清洗杯壁，繼續(xù)低溫加熱，完全溶解后定容于50 mL塑料容量瓶，搖勻，待測。

2 結(jié)果與討論

2.1 基體和共存元素對待測元素的光譜干擾

根據(jù)高純鋁化學成分，配制了系列基體和共存元素對待測元素的光譜干擾實驗溶液，其中各元素及其含量見表2。

對Fe、Cu、Mg、Zn、Ti各元素二至四條分析譜線波長處進行圖形掃描，積分時間1 s，獲得以分析波長為中心，波長范圍為0.309 nm的光譜掃描圖形。將獲得的光譜掃描圖形進行適當疊加放大處理。結(jié)果表明，可以采用表1中譜線進行高純鋁中Fe、Cu、Mg、Zn、Ti的測定，但需要對樣品中的鋁基體進行匹配。

表2 干擾實驗溶液中的元素及其含量

2.2 鹽酸用量對比實驗

稱取1#、2#、3#樣品0.50 g(精確至0.000 1 g)數(shù)份置于100 mL聚四氟乙烯燒杯中，分別加入HCl(1+1) 10、15、 20、30 mL，電爐調(diào)壓器控制在130～150 V，加熱溶解高純鋁試樣，向大部分溶解完全的試樣溶液中加入3 mL HNO3，稍冷后吹水加熱溶解鹽類，定容于50 mL塑料容量瓶中。結(jié)果表明，采用20 mL鹽酸(1+1)及2.5 mL硝酸溶解最快，獲得的試樣溶液澄清。故選擇HCl(1+1)用量為20 mL。

2.3 方法檢出限

在兩個50 mL塑料容量瓶中分別加入0.001 mg/mL的Fe、Cu、Mg、Zn、Ti混合標準溶液0.00、5.00 mL，定容，搖勻，測試溶液分別記為S1-Fe、Cu、Mg、Zn、Ti，S2-Fe、Cu、Mg、Zn、Ti。

在50 mL塑料容量瓶中加入5 mL HCl，定容，搖勻，記為HCl-D。

用S1-Fe、Cu、Mg、Zn、Ti，S2-Fe、Cu、Mg、Zn、Ti溶液制作工作曲線，測量HCl-D溶液11次，按測定結(jié)果計算出方法的檢出限，結(jié)果見表3。

2.4 工作曲線的繪制

平行處理高純鋁化學標準物質(zhì)若干份，分別加入適量Fe、Cu、Mg、Zn、Ti標準溶液，使待測溶液含量分別為0.001%、0.003%、0.005%、0.007%、0.010%(按元素含量為100%時溶液濃度為10.0 mg/mL計算)繪制工作曲線，結(jié)果見表3。

表3 方法檢出限和工作曲線

由表3可知，所研究Fe、Cu、Mg、Zn、Ti元素的最低含量在Fe、Cu、Mg、Zn、Ti元素的儀器檢出限的10倍以上，適合Fe、Cu、Mg、Zn、Ti元素分析。含量范圍在0.001%～0.010%時Fe、Cu、Mg、Zn、Ti的測定工作曲線線性關(guān)系良好。

2.5 精密度和準確度實驗

在確定的工作狀態(tài)下選用適當標準樣品，進行精密度和加標回收實驗，實驗結(jié)果見表4和表5。

表4 準確度和精密度實驗

Table 4 Accuracy and precision tests(n=8) /%

表5 加標回收實驗

由表4和表5可知，對于含量范圍在0.001%～0.01%的Fe、Cu、Mg、Zn、Ti元素，相對標準偏差(RSD)均小于10%，準確度和精密度符合分析要求。

3 結(jié)論

用鹽酸、硝酸溶解法溶解高純鋁后，用基體匹配的方法在Fe 259.940 nm、Cu 327.396 nm、Mg 279.079 nm、Zn 213.856 nm、 Ti 334.941 nm處可準確、可靠地測定高純鋁中含量范圍在0.001%～0.01%的Fe、Cu、Mg、Zn、Ti元素，結(jié)果誤差范圍符合國家標準，可廣泛用于科研生產(chǎn)過程。

[1] 王祝堂.話說高純鋁(二)[J].金屬世界(MetalWorld),2004(4):36-37.

[2] 蔣鐵軍.高純鋁鑄錠質(zhì)量缺陷及預防措施[J].新疆有色金屬(XinjiangNonferrousMetals),2008,31(2):43-44.

[3] 王祝堂,易敏.世界高純鋁的生產(chǎn)、市場與應用[J].有色金屬加工(NonferrousMetalsProcessing),2004,33(6):1-6,15.

[4] 王祝堂.高純鋁的性能(上)[J].輕金屬(LightMetals),2004(8):3-6.

[5] 褚連青,王金鋼,王奕.FAAS法測定高純鋁絲中的鐵、銅、鋅、錳和鎂[J].現(xiàn)代儀器與醫(yī)療(ModernInstrumentsandMedicalTreatment),2000(1):17-18.

[6] 李愛嫦,劉英,劉紅.萃取分離-ICP-MS測定高純鋁中痕量元素[J].分析試驗室(ChineseJournalofAnalysisLaboratory),2009,28(12):94-96.

[7] 謝華林,聶西度,李立波.萃取分離-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定高純鋁中的雜質(zhì)元素[J].光譜學與光譜分析(SpectroscopyandSpectralAnalysis),2007,27(1):169-172.

[8] 左 良.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定硅鋯合金中的鋁和鈣[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2016,6(4):52-55.

[9] 田永紅,劉海生.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測定5XXX系鋁合金中的高鎂含量[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2015,5(2):62-64.

Determination of Fe, Cu, Mg, Zn and Ti in High Pure Aluminum by ICP-AES

LIU Shuang, YE Xiaoying, YANG Chunsheng

(AECCBeijingInstituteofAeronauticalMaterials，Beijing100095，China)

The method for the determination of Fe, Cu, Mg, Zn and Ti in high pure aluminum by ICP-AES was established. The spectral interferences from matrix elements and coexistence elements and the effects of hydrochloric acid dosage on analysis results were investigated.The analytical lines were selected and the detection limits of the method were determined.It was found that this method is fast，accurate and convenient.It was proved that using Fe 259.940 nm,Cu 327.396 nm,Mg 279.079 nm,Zn 213.856 nm, and Ti 334.941 nm spectral lines, Fe,Cu,Mg,Zn,Ti elements in high pure aluminumin the concentration range from 0.001% to 0.01% can be measured accurately and reliably by matrix matching method.

ICP-AES；Fe；Cu；Mg；Zn ；Ti；high pure aluminumds

10.3969/j.issn.2095-1035.2017.02.011

2016-12-17

2017-02-09

劉爽，女，工程師，主要從事金屬材料化學分析研究。E-mail:bit51012@126.com

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2017)02-0042-04

本文引用格式：劉爽,葉曉英,楊春晟. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定高純鋁中Fe、Cu、Mg、Zn、Ti[J].中國無機分析化學,2017,7(2):42-45. LIU Shuang, YE Xiaoying，YANG Chunsheng.Determination of Fe, Cu, Mg, Zn and Ti in High Pure Aluminum by ICP-AES[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry,2017,7(2):42-45.