劉雷雷　朱 麗　周 凱　孫寶蓮

(西北有色金屬研究院，西安 710016)

本文引用格式：劉雷雷,朱麗,周凱,等. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定釩鋁、鉻鋁中間合金中鐵和硅[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué),2018,8(1):41-44.

LIU Leilei, ZHU Li, ZHOU Kai,et al. Determination of Iron and Silicon in Vanadium Aluminium and Chromium Aluminium Alloys by the Inductively Coupled Plasma-atomic Emission Spectrometry[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry, 2018,8(1):41-44.

前言

鈦合金在航空、航天、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1]，鈦合金熔煉時(shí)，使用純金屬直接添加往往因?yàn)槿埸c(diǎn)差異大，使得合金均勻化困難，此時(shí)引入中間合金解決該問(wèn)題。而釩鋁中間合金、鉻鋁合金作為鈦合金生產(chǎn)的專用中間合金，因成本低、合金化均勻，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用[2]。鐵、硅作為釩鋁、鉻鋁中間合金中的微量雜質(zhì)元素，是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)[3]，會(huì)影響后續(xù)鈦合金的物理拉伸和疲勞等性能。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法具有靈敏度高、精密度好、多元素同時(shí)分析、分析效率高等優(yōu)點(diǎn)[4-6]，可以解決以往采用分光光度法[7-8]測(cè)定釩鋁、鉻鋁中間合金中鐵、硅含量時(shí)需要分開測(cè)定、分析周期長(zhǎng)的問(wèn)題，為大規(guī)?？焖偕a(chǎn)提供保證。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　主要儀器和工作條件

iCAP7000型全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國(guó)賽默飛世爾公司)。

ICP-AES工作條件：RF功率為1 150 W；霧化氣流量為0.7 L/min；輔助氣流量為0.5 L/min；泵速為50 r/min；積分時(shí)間為30 s；垂直觀測(cè)高度為15 mm。

1.2　試劑

鐵、硅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 000 μg/mL，國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心，鋼鐵研究總院)：用時(shí)稀釋成100 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

鹽酸(優(yōu)級(jí)純)；硝酸(優(yōu)級(jí)純)。

實(shí)驗(yàn)室用水為二級(jí)水。

1.3　實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1樣品制備與測(cè)定

稱取0.1 g試樣(精確至0.0001 g)，置于100 mL玻璃燒杯中，加入5.0 mL水、3.0 mL鹽酸和3.0 mL硝酸混勻，蓋上表面皿，電爐加熱溶解至樣品溶解完全。取下冷卻，用水吹洗表面皿及杯壁，用水定容于100 mL容量瓶中，混勻。隨同試樣做空白實(shí)驗(yàn)。

1.3.2標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制

移取0、0.10、0.50、1.00、3.00、5.00 mL鐵、硅標(biāo)準(zhǔn)溶液于一組100 mL容量瓶中，分別加入3.0 mL鹽酸和3.0 mL硝酸，用水稀釋至刻度，混勻，此時(shí)一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度分別是0、0.10、0.50、1.00、3.00、5.00 μg/mL。

1.3.3測(cè)定

將標(biāo)準(zhǔn)系列溶液和待測(cè)樣品溶液引入ICP-AES儀進(jìn)行測(cè)定。

2　結(jié)果與討論

2.1　溶樣試劑的選擇

根據(jù)中間合金易溶解的性質(zhì)，日常分析中，大多采用酸溶方式溶解試樣。酸溶法操作簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鹽酸+硝酸或者硫酸+硝酸均可溶解樣品，考慮到硫酸對(duì)ICP-AES儀進(jìn)液提升量的影響，而優(yōu)級(jí)純的鹽酸、硝酸易獲得，不易污染，空白較低，因此選擇鹽酸+硝酸進(jìn)行溶樣。在5個(gè)100 mL玻璃容量瓶中加入1.0 mL Fe、Si標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)，后按表1加入不同體積的鹽硝混酸(VHCl∶VHNO3=1∶1)，測(cè)定在不同酸濃度時(shí)的Fe、Si強(qiáng)度值，以回收率表示(以不加酸時(shí)強(qiáng)度為100 %計(jì))。表1結(jié)果表明：濃度(V/V)為10%以內(nèi)的鹽硝混酸(1∶1)對(duì)鐵、硅的測(cè)定無(wú)影響。

表1　混合酸用量對(duì)測(cè)定的影響

2.2　波長(zhǎng)與檢出限的確定

選擇譜線應(yīng)盡量保證幾個(gè)條件：沒有光譜干擾或者光譜干擾??；靈敏度足夠高。通過(guò)多條譜圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)Fe 259.940 nm、Si 185.067 nm兩條譜線符合要求，因此選擇其為測(cè)定譜線，并在(Fe 259.906 nm，F(xiàn)e 259.976 nm)、(Si 185.043 nm，Si 185.093 nm)處扣除背景。統(tǒng)計(jì)試劑空白11次測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍空白標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的濃度作為檢出限，硅為0.05 μg/mL，鐵為0.005 μg/mL。

2.3　基體干擾

考察釩鋁、鉻鋁中間合金樣品元素組成，大量產(chǎn)品表明不同牌號(hào)的釩鋁中間合金中釩含量最大約85%、鋁約50%；鉻鋁中間合金則是鉻含量最大約75%、鋁約30%。在鐵、硅濃度為0.1 μg/mL和5.0 μg/mL 時(shí)，分別測(cè)定含有基體(加入最大含量金屬釩0.085 g和鋁0.05 g；加入最大含量金屬鉻0.075 g和鋁0.03 g)和不含基體的強(qiáng)度值，結(jié)果以回收率表示，其中以不加基體時(shí)強(qiáng)度值為100%計(jì)。結(jié)果如表2，基體對(duì)鐵、硅的強(qiáng)度值影響較小，可視為不干擾測(cè)定。

表2　基體對(duì)測(cè)定鐵、硅元素的影響

2.4　準(zhǔn)確度及精密度實(shí)驗(yàn)

對(duì)搜集的5個(gè)不同含鐵、硅量的中間合金樣品，采用擬定的分析方法獨(dú)立地進(jìn)行11次鐵、硅量的測(cè)定，并進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，同時(shí)與分光光度法測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，結(jié)果見表3、表4。

由表3和表4可知，樣品測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.83%～12.8%，精密度高。加標(biāo)回收率為96.0%～104%，且與分光光度法測(cè)定結(jié)果一致。

表3　中間合金樣品中鐵分析結(jié)果

表4　中間合金樣品中硅分析結(jié)果

3　結(jié)語(yǔ)

采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定釩鋁、鉻鋁中間合金中鐵、硅量，方法準(zhǔn)確度與精密度均能夠達(dá)到分析的要求。該方法適用于釩鋁、鉻鋁中間合金中鐵、硅量的測(cè)定，測(cè)定范圍0.01%～0.50%，方法的建立能進(jìn)一步滿足分析測(cè)試日益高速、準(zhǔn)確的要求，并為后續(xù)相似性質(zhì)中間合金測(cè)定及其它雜質(zhì)測(cè)定提供一定參考。

[1] 孫寶蓮,羅琳,王金磊,等.鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定鉬鋁與釩鋁中間合金中的硅[J]. 分析試驗(yàn)室(AnalysisLaboratory), 2015(4):457-461.

[2] 周禮仙,鄭小敏,蘇洋. 硅鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定釩鋁中間合金中硅[J]. 冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2015, 35(11):74-78.

[3] 成勇,敬守斌.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定釩鋁中間合金中15種雜質(zhì)元素[J]. 理化檢驗(yàn):化學(xué)分冊(cè)(PhysicalTestingandChemicalAnalysisPartB:ChemicalAnalysis),2013,49(1):44-47.

[4] 韓曉.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定金屬鉻中Fe、Al、Si[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(3):62-64.

[5] 鐘國(guó)生.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定ADC12中硅[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(1):63-65.

[6] 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(cè)定高純鋁中Fe、Cu、Mg、Zn、Ti[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(2):42-45.

[7] 中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部.YS/T 1075.3-2015 釩鋁、鉬鋁中間合金化學(xué)分析方法 第3部分：硅量的測(cè)定 鉬藍(lán)分光光度法[S].北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015.

[8] 田莉,韋艷琴,孔麗.利用比色法測(cè)定鋁合金中的鐵元素的分析[J]. 中國(guó)科技博覽(ChinaScienceandTechnologyReview), 2013(36):89-89.