微波消解-ICP-AES測定鎂合金中10種雜質元素

張修景

（菏澤學院化學與化工系，山東菏澤 274015）

微波消解-ICP-AES測定鎂合金中10種雜質元素

張修景

（菏澤學院化學與化工系，山東菏澤 274015）

采用微波消解技術對樣品進行處理，確定了試劑的配比，微波消解功率、時間、壓力、冷動溫度等關鍵參數，建立了微波消解-電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鎂合金中10種雜質元素（Al，Mn，Zn，Zr，Nd，Si，Cu，Ni，Fe，Be）的方法。通過試驗優化了儀器的工作條件，確定了各元素分析線，對鎂基體、共存元素的干擾及消除進行了研究，各元素測定結果的相對標準偏差為0.04%～3.35%（n=8），加標回收率為95.0%～105.0%。

微波消解；電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）；鎂合金

鎂合金的密度比鋁的密度低，是密排六方點陣金屬結構材料，具有強度高（比鋼強度高）、尺寸穩定、易加工成形、導熱導電性好、阻尼減振、電磁屏蔽和容易再回收等優點，因此被廣泛用于航空、航天、汽車工業、摩托車、家用電器、通訊設備、電子產品等領域，是當今材料科學研究的重點方向之一［1-4］。對于鎂合金的測定，國標和國際標準大多采用重量法、分光光度法［5-11］、容量法［12，13］等，但這些方法操作繁瑣，消耗試劑量多，分析周期長，往往會影響企業產品的生產周期，而不能滿足生產的需要。筆者使用微波消解儀處理鎂合金試樣，然后用電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鎂合金中10種雜質元素（A l，Zn，Mn，Zr，Nd，Si，Cu，Ni，Fe，Be），方法簡便、快速，測定結果準確可靠。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

等離子體原子發射光譜儀：Optima 2000DV型，美國Perkin-Elmer公司；

冷卻循環水機：Poly Science 6105 PE chiller型，美國科藝儀器有限公司；

空氣壓縮機：3HBE-31T-M 303X GAST型，深圳高志自動機電有限公司；

微波消解儀：WX-4000型，上海屹堯儀器科技發展有限公司；

硝酸、鹽酸：優級純；

純鎂：純度大于99.9%；

A l，Zn，Mn，Zr，Nd，Si，Cu，Ni，Fe，Be標準溶液：濃度均為1 mg/m L，用時進行逐級稀釋。

1.2 儀器條件

功率：1 300kW；霧化壓力：15 MPa；積分時間：10s；觀察高度：15 mm；冷卻氣流量：15 L/m in；輔助氣流量：0.2 L/m in ；載氣流量：0.8 ；提升量：1.5 L/m in。

1.3 實驗方法

（1）試液的制備

稱取0.2000g鎂合金試樣，放入聚四氟乙烯微波增壓消解罐中，加入7 m L鹽酸、3 m L硝酸，微波消解，同時做空白對照。消解程序：110℃，0.5 MPa(5 atm)，5 m in，800W ；140℃，1 MPa（10atm）,5 m in，800W；170℃，2 MPa （20atm）,4 m in，800W；200℃，2 5 MPa （25 atm),3 m in，800W。將消解后的溶液轉移至小燒杯中，水溶趕酸，近干后加1%的鹽酸水溶液溶解，過濾，轉入100m L容量瓶中，用1%的鹽酸水溶液定容，溶液存入潔凈的塑料瓶中，作為待測液。

（2）低標溶液

以1%鹽酸為試劑空白，進行空白試驗，作為低標溶液。

（3）高標溶液

選擇一個或多個與分析樣品合金元素含量接近的標準樣品或同試液制備一個與待測合金元素含量相當的合成標樣為高標溶液。

（4）測量

按儀器工作條件調整儀器，待儀器穩定后，以高、低標準溶液對儀器進行校準，依次對樣品溶液進行測量。

2 結果與討論

2.1 樣品處理及酸度的選擇

將試樣分別用硝酸 5，10，15 m L，鹽酸 5，10，15 m L，硝酸7 m L加鹽酸3 m L，鹽酸7 m L加硝酸3 m L,對同一樣品進行溶解,然后進行測量。結果表明，隨著酸度的增加，各元素的分析線強度在10～15 m L時略有下降，在15 m L時有明顯下降，為了使試樣溶解充分，選擇7 m L鹽酸加3 m L硝酸溶解樣品。

2.2 微波消解條件的選擇

稱取0.2000g鎂合金試樣兩份，分別放入兩個聚四氟乙烯微波增壓消解罐中，加入7 m L鹽酸、3 m L硝酸，并做空白對照，消解程序：（1）200℃，2.5 MPa（25 atm），17 m in，800W ；（2）110℃，0.5 MPa （5 atm），5 m in，800W；140℃，10MPa （105 atm），5 m in，800W；170℃，2.0MPa （20atm），4 min，800W；200℃，2.53 MPa （25 atm），3 min，800W。試驗發現，程序（2）比程序（1）消解液的透明度高，故選程序（2）。

2.3 分析線的選擇

為了消除樣品測量過程中以光譜干擾為主因素的影響，應選擇靈敏度高、光譜干擾小的譜線作分析線。在譜線表中選出靈敏度高的3條譜線，通過試驗比較被測元素譜線的干擾及靈敏度，選擇出被測元素的最佳分析線，見表1。

表1 被測元素的分析線

2.4 基體的影響

稱取0.1 g純鎂，不加待測元素，按實驗方法進行微波消解和測量，結果列于表2。由表2數據可知，基體鎂對待測元素無明顯干擾。

表2 基體對測定結果的影響

2.5 共存元素的影響及消除

鎂合金中所含雜質元素中含量較高的有A l，Mn，Zn，Zr，Nd，所以在測量時共存元素間的干擾也主要來自這些元素。按表3合成標樣，按實驗方法進行共存元素干擾試驗。

3 共存元素的影響

由表3可知，Mn，Zr對Si有明顯干擾，其它元素間均有較微弱的干擾。因此在進行實驗時應根據試樣中的待測元素含量進行大致匹配，以消除干擾。

2.6 精密度及加標回收試驗

用實驗方法對國家標準物質BY2011-1進行8次連續測定，然后進行加標回收試驗，結果列于表4。由表4可知，10種元素的回收率為 95.0%～105.0%，測定結果的相對標準偏差為0.04%～3.35%，滿足分析要求。

表4 精密度及加標回收率試驗結果 %

2.7 對照分析試驗

按照實驗方法，對國家標準物質BY2010-1，BY2011-1進行了5次測定，結果見表5。由表5可知，測定結果與標準值相符。

3 結論

通過采用微波消解技術對鎂合金樣品進行處理，確定了試劑的配比、微波消解條件，優化了ICP-AES法測定鎂合金中10種雜質元素的儀器工作條件。該方法對鎂合金中 Al，Mn，Zn，Zr，Nd，Si，Cu，Ni，Fe，Be進行分析，精密度和回收率較高，滿足化學分析的要求，方法穩定、簡便、快速，符合生產的需求，實用性強。

表5 對照試驗結果 %

［1］黃曉鋒，朱凱，曹喜娟.主要合金元素在鎂合金中的作用［J］.鑄造技術，2008，29(11):1 574-1 578.

［2］丁文江，付彭懷，彭立明，等.先進鎂合金材料及其在航空航天領域中的應用[J].航天環境工程，2011(2):103-109.

［3］孫德新，孫大千，李金寶，等.鎂合金焊接技術的研究進展及應用［J］.材料導報，2006(8):122-126.

［4］唐全波，黃少東，伍太賓.鎂合金在武器裝備中的應用分析［J］.兵器材料科學與工程，2007(2):69-72.

［5］GB/T 13748.4-2005 鎂及鎂合金化學分析法錳含量的測定高碘酸鹽分光光度法［S］.

［6］GB/T 13748.9-2005 鎂及鎂合金鐵含量的測定鄰二氮菲分光光度法[S].

［7］GB/T 13748.10-2005 鎂及鎂合金化學分析法鉬藍分光光度法測定硅量[S].

［8］GB/T13748.11-2005 鎂及鎂合金化學分析法依來鉻氰藍R分光光度法測定鈹量[S].

［9］GB/T 13748.12-2005 鎂及鎂合金化學分析法銅含量的測定新亞銅靈分光光度法[S].

［10］GB/T 13748.14-2005 鎂及鎂合金化學分析法鎳含量的測定丁二酮肟分光光度法[S].

［11］GB/T 13748.7-2005鎂及鎂合金化學分析法鋯含量的測定二甲酚橙分光光度法[S].

［12］GB/T 13748.1-2005 鎂及鎂合金化學分析法鋁含量的測定[S].

［13］GB/T 13748.15-2005 鎂及鎂合金化學分析法鋅含量的測定[S].

Determ ination of Ten Im purities Elem ents in M agnesium Alloy by M icrowave Digestim Inductively Coupled Plasma-Atom ic Em ission Spectrom try

Zhang Xiujing
(Department of Chemistry and Chem ical Engineering, Heze University, Heze 274015, China )

M icrowave digestion technique was adopted to process sam ples，key factors such as the reagent pvoportion，microwave digestion power, time, pressure，cooling temperature，and so on were drtermined. The method was established using inductively coupled plasma atom ic em ission spectrometry to test ten kinds of impurity element A l，Mn，Zn，Zr，Nd ，Si，Cu，Ni，Fe，and Be. The experiment conditions of the instrument，the selection of analysis line，magnesium matrix，and the interference and elim ination of coexistence elements were studied. The relative standard deviations of elements determination results were 0.40%-3.35%(n=8), and recoveries were 95.0%-105%.

m icrowave digestion; inductively coup led p lasma; atom ic em ission spectrom try（ICP-AES）;magnesium alloy

O657.31

A

1008-6145(2012)01-0058-03

10.3969/j.issn.1008-6145.2012.01.018

聯系人：張修景；E-mail:30046838@qq.com

2011-10-13