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        ICP-AES法測(cè)定鈣鋁合金中鐵、鋅、錳、鑭元素含量

        2021-06-28 06:13:02趙建峰
        中國(guó)金屬通報(bào) 2021年8期
        關(guān)鍵詞:方法

        趙建峰

        (國(guó)家鎂及鎂合金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,河南 鶴壁 458030)

        鈣鋁合金一般為含鈣70%~75%,含鋁25%~30%,含鈣80%~85%和含鋁15%~20%和含鋁70%~75%含鈣25%~30%。鈣鋁合金廣泛應(yīng)用于鉛酸電池正極板柵的生產(chǎn),同時(shí)用于鋁、鈣復(fù)合脫氧以降低鋼中氧含量,還可以改善非金屬雜質(zhì)物。

        隨著鈣鋁合金應(yīng)用,鈣鋁合金需求企業(yè)對(duì)鈣鋁要求越來(lái)越高,截至目前,還未有鈣鋁合金雜質(zhì)元素檢測(cè)方法。因此,針對(duì)鈣鋁合金合金的廣泛應(yīng)用,需要一種雜質(zhì)元素的檢測(cè)方法,確定鈣鋁合金中元素含量。

        電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)是以電感耦合等離子矩為激發(fā)光源的光譜分析方法,具有準(zhǔn)確度高和精密度高、檢出限低、測(cè)定快速、線性范圍寬、可同時(shí)測(cè)定多種元素等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)查,目前有電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鎂合金、鋁合金中元素含量的方法,標(biāo)準(zhǔn)分別為GB/T13748.20-2009[1]、GB/T20975.20-2008[2],因此本方法通過(guò)電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對(duì)鈣鋁合金中元素含量進(jìn)行研究。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 儀器

        ICAP6300型ICP-AES(美國(guó)Thermofisher公司)。

        分析天平:精確至0.0001g,梅特勒-托利多。

        移液槍?zhuān)好诽乩?托利多。

        1.2 試劑及標(biāo)準(zhǔn)貯存溶液

        鹽酸、硝酸、過(guò)氧化氫(30%)、碳酸鈣基體:優(yōu)級(jí)純;實(shí)驗(yàn)用水:實(shí)驗(yàn)室一級(jí)用水;

        鐵、鋅、錳、鑭元素標(biāo)準(zhǔn)溶液:規(guī)格50mL/瓶,濃度1000μg/mL,國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。

        將1000μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行稀釋?zhuān)?00μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液。

        1.3 樣品溶解

        (1)當(dāng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.001%~0.5%時(shí),稱(chēng)取1.0000g(精確至0.0001g)樣品于250mL燒杯中,先加入15mL鹽酸(1+1),再加入5mL硝酸(1+1)進(jìn)行完全溶解,放置加熱板后加入滴入若干滴過(guò)氧化氫,等氣泡消完全失后,取下燒杯冷卻至室溫,定容至100mL容量瓶中。

        (2)當(dāng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為>0.10% ~0.5%時(shí),稱(chēng)取0.5g(精確至0.0001g)于250mL燒杯中,先加入15mL鹽酸(1+1),再加入5mL硝酸(1+1)進(jìn)行完全溶解,放置加熱板后加入滴入若干滴過(guò)氧化氫,等氣泡消完全失后,取下燒杯冷卻至室溫,定容至100mL容量瓶中。

        (3)當(dāng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為>1.0% ~20%時(shí),稱(chēng)取0.25g(精確至0.0001g)于250mL燒杯中,定容至500mL容量瓶中,然后分取5mL,定容至100mL容量瓶中,作為測(cè)試溶液。

        1.4 工作曲線繪制

        (1)當(dāng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.001%~0.010%時(shí),稱(chēng)取1.0g碳酸鈣(1.2),按1.3方式溶解后,轉(zhuǎn)移至6個(gè)100mL容量瓶,再分別加入0、0.10mL、0.30mL、0.50mL、0.80mL、1.00mL濃度為100μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液,以水稀釋至刻度,混勻。此系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中各含待測(cè)元素0、0.1μg/mL、0.3μg/mL、0.5μg/mL、0.8μg/mL、1.0μg/mL。

        (2)當(dāng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%~0.1%時(shí),稱(chēng)取1.0g碳酸鈣(1.2),按1.3方式溶解后,轉(zhuǎn)移至6個(gè)100mL容量瓶,再分別 加 入0、1.00mL、2.00mL、4.00mL、7.00mL、10.00mL濃 度 為100μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液,以水稀釋至刻度,混勻。此系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中各含待測(cè)元素0、1.0μg/mL、2.0μg/mL、4.0μg/mL、7.0μg/mL、10.0μg/mL。

        (3)當(dāng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為>0.10% ~0.5%時(shí),稱(chēng)取0.5g碳酸鈣(1.2),按1.3方式溶解后,轉(zhuǎn)移至6個(gè)100mL容量瓶,再分 別 加 入0、0.50mL、1.00mL、1.50mL、3.50mL、5.00mL濃 度為1000μg/mL待測(cè)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1.2),以水稀釋至刻度,混勻。此系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中各含待測(cè)元素0、5.0μg/mL、10.0μg/mL、15.0μg/mL、35.0μg/mL、50.0μg/mL。

        (4)將標(biāo)準(zhǔn)系列溶液在選定好的儀器操作條件下,引入等離子體光譜儀中,測(cè)定系列工作曲線的強(qiáng)度,根據(jù)光強(qiáng)度和濃度的關(guān)系計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪制工作曲線。當(dāng)工作曲線的線性相關(guān)系數(shù)應(yīng)≥0.9995時(shí),測(cè)定試樣溶液中待測(cè)元素的發(fā)射強(qiáng)度,根據(jù)工作曲線計(jì)算機(jī)自動(dòng)給出試樣溶液中待測(cè)元素的質(zhì)量濃度。

        表3 精密度試驗(yàn)

        2 結(jié)果與討論

        2.1 工作條件的選擇

        一般情況下,增大高頻功率使譜線增強(qiáng),背景也增大;降低功率可獲得較大的信背比,但基體影響嚴(yán)重[3,4]。以0.50μg/mL的待測(cè)元素溶液為考察對(duì)象。通過(guò)固定其它條件不變,改變其中一項(xiàng)條件進(jìn)行試驗(yàn),分別考察不同的發(fā)射功率、蠕動(dòng)泵泵速、霧化氣流量、護(hù)套氣流量、冷卻氣流量對(duì)鐵、鋅、錳、鑭元素溶液發(fā)射強(qiáng)度及穩(wěn)定性的影響,最終確定儀器最佳的工作參數(shù)為:功率1150W、等離子氣流量15L/min、霧化氣流量0.7L/min、輔助氣流量0.5L/min、垂直觀測(cè)高度15mm。

        2.2 分析譜線的選擇

        選擇峰形對(duì)稱(chēng)、背景低、光譜干擾相對(duì)較小、靈敏度相對(duì)較高的譜線,作為分析譜線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,鐵、鋅、錳、鑭元素分別在259.940nm、213.856nm、257.610nm、408.672nm譜線下干擾相對(duì)較小、靈敏度相對(duì)較高,因此選其作為鐵、鋅、錳、鑭的分析線。

        2.3 方法檢出限的測(cè)定

        用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀,于推薦的分析譜線處,對(duì)含有5mg/mL碳酸鈣基體且不含鐵、鋅、錳、鑭元素的空白溶液(即標(biāo)準(zhǔn)空白)進(jìn)行11次連續(xù)測(cè)定,計(jì)算其信號(hào)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差,以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的濃度作為本方法的檢出限,以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的濃度除以溶液基體濃度作為測(cè)定下線,結(jié)合試液濃度5mg/mL,計(jì)算測(cè)定下限(以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的濃度除以溶液基體濃度),見(jiàn)表1。

        表1 方法檢出限

        由表1可知,鐵、鋅、錳、鑭測(cè)定下限為0.00015%、0.00013、0.00009、0.00096,均低于本方法的測(cè)定下限0.001%,能滿(mǎn)足檢測(cè)要求。

        2.4 方法準(zhǔn)確度試驗(yàn)

        為考察方法的準(zhǔn)確度,在鈣鋁合金樣品中加入不同量的鐵、鋅、錳、鑭元素,按選定的分析步驟進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表2。

        表2 加標(biāo)回收試驗(yàn)

        由表2可知,鐵、鋅、錳、鑭回收率在96%~105%之間,能滿(mǎn)足檢測(cè)要求。

        2.5 方法精密度試驗(yàn)

        按照選定的分析步驟,對(duì)1個(gè)鈣鋁合金樣品中鐵、鋅、錳、鑭四種元素進(jìn)行11次獨(dú)立測(cè)定,計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見(jiàn)表3。

        由表3可知,鐵、鋅、錳、鑭相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)在0.68%~5.36%之間,能滿(mǎn)足檢測(cè)要求。

        3 結(jié)論

        在259.940nm、213.856nm、257.610nm、408.672nm譜 線 下分別測(cè)定鐵、鋅、錳、鑭元素含量。結(jié)果表明:鐵、鋅、錳、鑭檢 測(cè) 方 法 的 檢 出 限 分 別 為0.0018μg·mL-1、00020μg·mL-1、0.0014μg·mL-1、0.0144μg·mL-1,測(cè) 定 下 限 為0.00015%、0.00013%、0.00009%、0.00096%,均低于方法的測(cè)定下限0.001%,鐵、鋅、錳、鑭回收率在96%~105%之間鐵、鋅、錳、鑭相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)在0.68%~5.36%之間,均能滿(mǎn)足檢測(cè)要求。

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