電感耦合等離子體發射光譜法測定鋁合金中硅、錳、鉻

姜世娟 白艷秋 張 賀 董男平 周亞娟

(遼沈工業集團有限公司，沈陽 110045)

電感耦合等離子體發射光譜法測定鋁合金中硅、錳、鉻

姜世娟 白艷秋 張 賀 董男平 周亞娟

(遼沈工業集團有限公司，沈陽 110045)

采用電感耦合等離子體發射光譜法測定鋁合金中雜質元素硅、錳、鉻的含量。以鹽酸溶液(1+1)和過氧化氫溶解樣品，選擇各元素靈敏度較強、光譜干擾較小的波長作為分析線。3種雜質元素的發射強度與其質量濃度在20.00mg/L以內呈線性關系，方法的檢出限為0.0016～0.015 mg/L，測定結果的相對標準偏差為1.10% ～2.25%(n=8)。方法用于測定鋁合金標準樣品中硅、錳、鉻的含量，測定結果與標準值基本相符。

電感耦合等離子體發射光譜法 鋁合金 Si Mn Cr

鋁合金是大多數工礦企業、軍工產品的重要原材料，對鋁合金中Si、Mn、Cr等合金元素的測定一般采用化學法和光電直讀光譜法。化學法分析時間長、操作復雜，光電直讀光譜法對樣品的外形有嚴格的要求和限制。近年來電感耦合等離子體發射光譜技術的發展，使其在各檢測領域都有很廣泛的運用［1］。電感耦合等離子體發射光譜法多見于對稀土元素的測定［2］，也有成熟的國家標準，但用電感耦合等離子體發射光譜法對鋁合金中合金元素的測定雖已被廣泛應用，卻未見報道，筆者采用電感耦合等離子體發射光譜法對鋁合金中Si、Mn、Cr進行聯合測定。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體發射光譜儀：OPTIMA 2000型，美國PE公司;

HCl、H2O2：均為分析純;

Si、Mn、Cr標準溶液：均為 10.00mg/mL;

高純鋁：純度不小于99.999%;

氬氣：純度大于99.99%。

1.2 工作條件

水平石英炬管;射頻：40.68 MHz;RF 功率：1.2 kW;觀測高度：15 mm;等離子體：15 L/min;輔助氣(氬氣)：0.2 L/min;霧化氣(氬氣)：0.8 L/min;樣品提升量：1.5 mL/min。

1.3 元素測定范圍：

本實驗所研究的元素測定范圍：Si、Mn、Cr均為0.010% ～2.00%。

1.4 樣品處理

稱取0.1000g鋁合金試樣置于150mL錐形瓶中，加入(1+1)HCl 10mL，低溫加熱，待試樣溶解后，滴加30%H2O2，加熱除盡過量過氧化氫。冷卻后，移入100mL容量瓶中，定容，搖勻。

1.5 工作曲線的建立

(1)用0.1 g高純鋁作基體，按1.4的方法溶解，配制質量分數為 0.00%、0.01%、0.05%、0.10%、0.50%、1.00%、2.00% 的硅、錳、鉻系列混合標準溶液。

(2)不加基體，配制質量分數為 0.00%、0.01%、0.05%、0.10%、0.50%、1.00%、2.00% 的硅、錳、鉻的系列混合標準溶液。

(3)配制質量分數為 0.00%、0.01%、0.05%、0.10%、0.50%、1.00%、2.00%的 Si、Mn、Cr單元素標準溶液。

對上述系列標液分別進行激發，用最小二乘法回歸各元素的工作曲線，其相關系數均大于0.9997。

1.6 樣品測定

按1.2儀器工作條件，將空白溶液、標準溶液和樣品溶液分別進行激發，測定其發射強度，結果直接由計算機換算成質量分數。

2 結果與討論

2.1 譜線選擇

在光譜儀所帶的譜線庫中選出各待測元素的分析譜線。相關因素如背景當量濃度(BEC)、檢出限(DL)、信噪比等見表1。

用配制的標準溶液(10.00mg/mL)在表中列出的譜線附近掃描，得到3個待測元素的譜線掃描譜圖。從掃描譜圖中可以看出，251.611 nm Si(Ⅰ)、257.610Mn(Ⅱ)線具有最強的峰值，同時從表中查得這兩條譜線的背景當量濃度(BEC)最小、檢出限(DL)最低、信噪比(S/N)最大，符合光譜分析對譜線的要求;283.563Cr(Ⅱ)譜線的 BEC與 DL比205.560Cr(Ⅱ)譜線稍大，但對同一濃度溶液的掃描，它具有最強的峰值，說明此線最靈敏，且S/N較大，因此本實驗選上述3條分析譜線。

表1 譜線選擇

2.2 干擾試驗

對1.5(1)所配制的溶液進行掃描，與1.5(2)的溶液掃描結果進行比較，試驗結果表明，基體元素的存在對測定結果無明顯影響。

用每一種元素的系列標準溶液分別加入不同量的另外兩種元素的溶液，作元素間干擾試驗，結果表明，在本實驗所規定的含量范圍內，3種元素間均無相互干擾存在。

2.3 酸度試驗

文獻［3］表明，鹽酸、過氧化氫等無機酸的引入均使分析物的提升率及譜線的強度受到影響，在1.2工作條件下，采用2.1所選擇的譜線進行酸度試驗，以各元素含量均為10.00mg/L的標準溶液作為試樣，分別用 HCl(1∶1)5.0、10.0、15.0、20.0、25.0mL溶解樣品，滴加30%過氧化氫，定容100mL容量瓶中，測得值見表2。由表2可知，鹽酸溶液(1+1)的用量在10.0～20.0mL時結果比較穩定，因此選定酸用量為鹽酸溶液(1+1)10mL、H2O24～6滴。

表2 酸度試驗結果

2.4 標準曲線

按試驗方法對硅、錳、鉻元素標準溶液系列進行測定，線性回歸方程分別為I=1.11×105x+69.08，I=15.00×105x-805.10，I=2.24 ×105x+32.88。

2.5 樣品分析結果

按本實驗規定元素范圍，選用兩種鋁合金國家二級標樣，按上述方法進行測定，連續測定8次，結果見表3。

表3 標準樣品分析結果(n=8) %

2.6 測定結果的不確定度［4，5］

表4列出了Si、Mn、Cr的不確定度評定結果。

表4 擴展不確定度 %

3 結語

采用電感耦合等離子體發射光譜法對鋁合金中的 Si、Mn、Cr進行測定，方法快速、準確、實用、可行。

［1］王國新，許玉宇.電感耦合等離子體原子發射光譜法測定不銹鋼中8 鐘合金元素［J］.理化檢驗：化學分冊，2011，47(1)：78.

［2］董仁杰，辛仁軒.ICP-AES法測定高純氧化銪稀土雜質元素［J］.理化檢驗：化學分冊，2004，40(3)：135.

［3］陳新坤.電感耦合等離子體光譜原理和應用［M］.天津：南開大學出版社，1987.

［4］蔣和平.常用測量不確定度評定方法及應用實例［M］.北京：中國計量出版社，2000：642.

［5］GB/T 20975.5-2008 鋁及鋁合金化學分析方法［S］.

DETERM INATION OF SILICON，MANGANESE AND CHROM IUM ELEMENT IN ALUM IUM ALLOY BY ICP-OES

Jiang Shijuan，Bai Yanqiu，Zhang He，Dong Nanping，Zhou Yajuan

(Liaoshen Group Co.Ltd，Shenyang 110045，China)

Themethod of determination of Si，Mn，Cr in Aluminum Alloy by ICP-OESwas established.The samplewas dissolved with HCL(1+1)solution and H2O2.The wavelength of the element with stronger sensitivity and smaller spectral interference was selected as analytical spectral line.Linear relationship between values of emission intensity and mass concentration of the three elementswas obtained within 20.00mg/L.The detection limitwas 0.0016-0.015 mg/L.The relative standard devation of Si，Mn，Cr was 1.10%-2.25%(n=8).The results obtained were in consistency with the certified values.

ICP-OES，aluminum alloy silicon，manganese，chromium

2011-10-12