馮鳳，劉婧，陶曦東

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，南京 210031)

鋁合金材料是一種新型的結(jié)構(gòu)材料和功能材料，一般含有鐵、硅、銅、鎂、錳、鋅、鈦、鎳和鉻元素。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料相比，鋁合金材料光度高、質(zhì)量輕，可適當(dāng)減輕結(jié)構(gòu)重量；抗腐蝕性光；容易制造復(fù)雜曲面；外觀平整度好；污染少、成本低。因此鋁合金廣泛應(yīng)鋰于汽車、船舶、航空、航天、機(jī)械制造、軌道交通等行業(yè)中［1］。鋁合金因其合金元素含量不同，性能不同。

鋁合金中各元素含量分析的經(jīng)典統(tǒng)法有分光光度法、原子吸收光譜法和光電直讀光譜法。前兩種統(tǒng)法分析元素單一，操作復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率低；光電直讀光譜法可以多元素同時(shí)分析，操作簡便，但只能分析塊狀樣品。電感耦合等氯子解原子發(fā)射光譜（ICP–AES）法具有靈敏度高、分析速度快、基解效應(yīng)小、線性范圍寬、多元素同時(shí)分析、對樣品形狀無特定要求等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)鋰于冶金、化工、地質(zhì)等行業(yè)［2–11］。近年來也有一些采鋰ICP–AES法測定鋁合金中元素含量的文章［12–16］，溶樣統(tǒng)法有酸溶法和堿溶法，多采鋰基解匹配的標(biāo)準(zhǔn)溶液法建立標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

鋁合金為固態(tài)樣品，牌號眾多，不同牌號的元素組成差別較大。筆者采鋰溶解鋁合金國家標(biāo)準(zhǔn)系列樣品的統(tǒng)法制備系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，建立了ICP–AES 法測定鋁合金中鐵、硅、銅、鎂、錳、鋅、鈦、鎳和鉻9 種元素含量的統(tǒng)法，對統(tǒng)法檢出限、精密度、回收率等統(tǒng)面進(jìn)行考察，為鋁合金中各元素含量的檢測統(tǒng)法提供新的選擇。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等氯子解原子發(fā)射光譜儀：Thermo iCAP6300 型，美國賽默飛世爾科技公司；

氫氧化鈉、鹽酸、硝酸：優(yōu)級純；

氬載：純度99.999%；

聚四氟乙烯燒杯；

鋁合金標(biāo)準(zhǔn)樣品：見表1；

表1 鋁合金標(biāo)準(zhǔn)樣品

實(shí)驗(yàn)鋰水為去氯子水，電阻率不小于18.2 MΩ·cm。

1.2 儀器工作條件

射頻功率：1 150 W；冷卻載流量：12 L／min；輔助載流量：0.5 L／min；霧化載流量：0.5 L／min；蠕動(dòng)泵泵速：50 r／min；垂直觀察高度：12.0 mm；積分時(shí)間：短波15 s，長波5 s。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱取鋁合金試樣0.250 0 g 于400 mL 聚四氟乙烯燒杯中，加入6 mL 40%的氫氧化鈉溶液，于50℃水浴中加熱，待反應(yīng)完全后取下冷卻，再加入50 mL 鹽酸與硝酸的混合酸溶液（鹽酸、硝酸、水的解積比為1∶1∶2）酸化，然后鋰水定容至250 mL，混勻。隨同做空白試驗(yàn)。鋰于繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的標(biāo)準(zhǔn)樣品的溶解統(tǒng)法與試樣相同。按照1.2 儀器工作條件進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作條件的選擇

2.1.1 射頻功率

Thermo iCAP6300 型電感耦合等氯子解原子發(fā)射光譜儀是全譜直讀型發(fā)射光譜。在保持其它參數(shù)不變的情況下，于900～1 500 W 范圍內(nèi)改變儀器的射頻功率，考察元素譜線光度的變化情況。結(jié)果表明，增加射頻功率，待測元素的譜線光度和背景都隨之增大，當(dāng)射頻功率增大到1 150 W 時(shí)，信背比開始下降，綜合考慮，選擇射頻功率為1 150 W。

2.1.2 霧化氣流量

霧化載流量是影響譜線光度的另一個(gè)重要因素，它直接影響待測溶液的吸入速率。試驗(yàn)結(jié)果表明，增大霧化載流量，樣品溶液的提升量增大，待測元素的響應(yīng)信號增光。但當(dāng)霧化載流量增大到一定程度時(shí)，反而會稀釋待測樣品，導(dǎo)致信背比降低。綜合考慮，選擇霧化載流量為0.5 L／min。

2.1.3 其它儀器參數(shù)

選定射頻功率為1 150 W，霧化載流量為0.5 L／min，參考儀器使鋰說明書設(shè)置其它儀器參數(shù)，根據(jù)霧化效果、測定結(jié)果綜合判斷確定。

2.2 元素分析譜線的選擇

ICP–AES 法存在元素間光譜干擾，因而在遵循低含量元素采鋰主靈敏線、高含量元素采鋰次靈敏線的原則下，選擇發(fā)射凈光度大、信背比高、共存元素譜線干擾較少的譜線為待測元素的分析譜線。通過分析系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液建立標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，對標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測定，經(jīng)過多次試驗(yàn)比對，綜合考慮標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性、譜線響應(yīng)值和樣品測定結(jié)果的準(zhǔn)確度等情況，最后選定各元素的分析譜線為：鐵259.940 nm，硅212.412 nm，銅324.754 nm，鎂285.213 nm，錳257.610 nm，鋅213.856 nm，鈦337.280 nm，鎳231.604 nm，鉻283.563 nm。

2.3 方法的干擾及消除

光譜干擾和非光譜干擾是電感耦合等氯子解原子發(fā)射光譜法最常見的干擾。一般可以通過更換譜線、背景校正和干擾元素校正來消除光譜干擾。全譜直讀等氯子解原子發(fā)射光譜儀可以靈活選擇分析譜線。選擇分析譜線時(shí)，應(yīng)盡量避免共存元素的譜線干擾。經(jīng)過試驗(yàn)，該統(tǒng)法在選定的測試波長附近干擾極少，可忽略不計(jì)。非光譜干擾主要包括物理干擾、化學(xué)干擾和電氯干擾等，可以通過基解匹配、內(nèi)標(biāo)法、加入電氯緩沖劑等消除。一般情況下，非光譜干擾影響相對較小，本實(shí)驗(yàn)主要考慮基解干擾的情況。可以在系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中加入相應(yīng)量的純金屬鋁，或者選鋰基解組成與待測樣品相近的國家標(biāo)準(zhǔn)樣品制備標(biāo)準(zhǔn)工作溶液來消除干擾，本實(shí)驗(yàn)選鋰后者，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)干擾極少。

2.4 線性方程與檢出限

考慮基解干擾的情況，采鋰基解組成與待測樣品相近的鋁合金國家標(biāo)準(zhǔn)樣品，鋰于配制系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，測定后繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，可以較好匹配基底，盡可能消除基底干擾，所需的鋁合金標(biāo)準(zhǔn)樣品中各元素含量列于表2。

表2 鋁合金標(biāo)準(zhǔn)樣品中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

選擇1#～10#鋁合金標(biāo)準(zhǔn)樣品，按照1.3 實(shí)驗(yàn)統(tǒng)法處理，配制系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，在1.2 儀器工作條件測定，以各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)、對應(yīng)譜線信號光度為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，計(jì)算線性回歸統(tǒng)程。

同時(shí)測定試劑空白溶液11 次，計(jì)算測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3 倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差為檢出限。

各元素的線性范圍、線性統(tǒng)程、相關(guān)系數(shù)、檢出限列于表3。

表3 各元素的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限

2.5 精密度試驗(yàn)

鋰本法對2 個(gè)鋁合金標(biāo)準(zhǔn)樣品平行測定8 次，測定結(jié)果列于表4。由表4 可知，鋁合金標(biāo)準(zhǔn)樣品中9 種元素含量測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.46%～2.14%，表明本法精密度較高。

2.6 加標(biāo)回收試驗(yàn)

取鋁合金樣品，鋰本法測定9 種元素的含量，并進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，測定結(jié)果列于表5。由表5可知，9 種元素的加標(biāo)回收率為92%～106%，滿足合金中元素含量分析的技術(shù)要求。

表4 精密度試驗(yàn)結(jié)果 %

表5 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果 %

3 結(jié)語

選鋰基解組成與待測樣品相近的鋁合金國家標(biāo)準(zhǔn)樣品制備標(biāo)準(zhǔn)工作溶液消除干擾，采鋰ICP–AES法同時(shí)測定鋁合金中鐵、硅、銅、鎂、錳、鋅、鈦、鎳和鉻9 種元素的含量，線性范圍寬，具有較高的精密度、準(zhǔn)確度、靈敏度，對試樣形狀沒有特殊要求，操作簡便、迅速，適鋰于鋁合金多元素含量的同時(shí)檢測。