ICP－AES法測定鎳鑭合金中Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb和Zr元素

龐曉輝 李亞龍 王桂軍 高 頌 房麗娜 白雪峰

（1.中航工業北京航空材料研究院；2.航空材料檢測與評價北京市重點實驗室；3.中航（試金石）檢測科技有限公司；北京100095）

1 引言

鎳基高溫合金是制造發動機的關鍵材料，是高度復雜化的合金，通常含有6～10個合金化元素，如鉻、鎢、鈮、鉭、鈷、鋁等元素，以提高合金的抗氧化抗熱腐蝕能力，而嚴格控制合金中雜質元素含量，提高合金的純凈度，能提高發動機運行安全性和可靠性，在鎳基合金中加入某些稀土元素能提高合金的熱加工性能和抗氧化性能［1-3］，鑭元素作為需要添加的稀土元素，冶煉時直接加入純鑭容易燒損，以鎳鑭合金（鎳70%，鑭30%）的形式加入效果良好，但進口的鎳鑭合金價格昂貴，采用自行冶煉的鎳鑭合金可有效降低成本，并使冶煉高溫合金時鑭的加入量容易準確可控，作為中間合金，鎳鑭合金的主量和雜質成分需要嚴格控制，目前未見關于的鎳鑭合金中雜質的分析報道，本實驗研究了鎳鑭合金中Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr等雜質的分析方法。

電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICPAES）相具有線性范圍寬、基體效應小、檢出限低、靈敏度高、快速簡便等特點，已經在冶金、地質、環境等領域被廣泛應用［4－7］。實驗采用ICP－AES對鎳鑭合金中雜質元素Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr的測定進行了研究，對鎳鑭合金樣品的溶解、分析譜線選擇、基體及共存元素干擾等進行了的試驗，建立了適于測定鎳鑭合金中Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr等元素的分析方法，并應用于實際樣品分析中。

2 實驗部分

2.1 儀器和工作條件

美國Perkin Elmer公司生產的Optima5300V型全譜直讀電感耦合等離子體光譜儀。分段式電感耦合檢測器SCD；高頻頻率：40MHz；入射功率：1.3kW，觀測高度：15mm，冷卻氣流量：15L／min，霧化氣流量：0.9L／min，輔助氣流量：0.2L／min；積分時間：2～5s

分析線波長：Si 251.611nm、Mn 257.610nm、Mg 285.213nm、Cu 324.752nm、Zn 213.857nm、Cd 214.440nm、Pb 220.353nm、Zr 343.823nm

2.2 試劑

Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr單標準儲備液1.00mg／mL，國家標準溶液，鋼鐵研究總院制，使用時逐級稀釋，配制成適當濃度的混合標準溶液。

實驗用鹽酸、硝酸均為優級純，水為二次蒸餾水，基體匹配用純鎳質量分數大于99.95%。

2.3 實驗方法

稱取0.1000g鎳鑭合金樣品置于100mL燒杯中，加入10mL鹽酸、3mL硝酸、低溫加熱溶解完全，冷卻后轉移入100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。根據待測雜質元素的含量范圍配制校準曲線，校準曲線溶液配制時用純鎳進行基體匹配，酸度與試樣溶液保持一致。

2.4 測定

于Optima5300V型全譜直讀光譜儀上，在選定的工作條件下測量校準曲線溶液，以待測元素濃度為橫坐標，以譜線強度為縱坐標，繪制校準曲線，測量試樣中各元素的含量。

3 結果與討論

3.1 儀器工作參數的選擇

電感耦合等離子體光譜儀工作參數主要是指高頻發生器的入射功率（簡稱RF功率）、霧化器流量、觀測高度等。這些參數與元素的物理化學性質有復雜關系［8］，一般通過試驗方法進行選擇，取Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Sn的混合標準溶液10μg／mL，考察功率、霧化器流量、觀測高度的影響，分別選取不同RF功率、霧化器流量、觀測高度，測量Fe、Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Sn的背景等效濃度（BEC），選BEC同時為最小時的條件為儀器工作參數，本實驗確定的優化條件為RF功率：1.3kW，觀測高度：15mm，霧化氣流量：0.9L／min。

3.2 分析線的選擇

待測元素譜線應免受光譜干擾、足夠的線性范圍、靈敏度高，根據光譜儀譜線庫提供的Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr元素的推薦譜線及背景等效濃度、檢出限、信噪比、強度等參數，對Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr的譜線進行初選，選擇2～3條靈敏線，用濃度為10μg／mL的 Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr的單標準溶液在選定的波長處進行譜圖掃描，再用鎳（700μg／mL）和鑭的（300μg／mL）單標準溶液在同一波長處掃描，疊加譜圖，觀察譜線受干擾情況。

經試驗發現鎳鑭合金中鎳和鑭元素對待測元素譜線有不同程度的干擾，需要選擇合適的靈敏線作為分析線并選擇適當位置扣背景以消除干擾，選定的結果見表1。

表1 分析線波長及扣背景點

3.3 線性范圍、相關系數和檢出限

根據待測樣品中Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr元素的含量范圍和鎳鑭合金基體成分，用鎳進行基體匹配制備工作曲線，考察其線性范圍、相關系數和檢出限。

方法檢出限是選用的分析方法和所用儀器進行分析的重要技術指標，它表明該方法所能檢測元素的最低濃度，在確定的測量條件下對空白溶液進行了11次測定，計算其標準偏差，以3倍的標準偏差為其檢出限，計算出各待測元素的檢出限，見表2。

表2 線性范圍、相關系數、檢出限

3.5 方法的回收率和精密度

按所確定的儀器工作參數與實驗方法，對鎳鑭合金樣品作標準加入回收試驗和精密度試驗（n＝6），結果見表4。

表4 回收率和精密度結果%

續表4%

4 結論

對鎳鑭合金中雜質元素的分析進行了研究，以待測元素的背景等效濃度BEC為指標優化了儀器工作參數，包括高頻功率、霧化器流量、觀測高度等，考察了基體鎳和主量元素鑭對待側元素的干擾情況，選擇待測元素靈敏度高，干擾小的譜線為分析線Si 251.611nm、Mn 257.610nm、Mg 285.213 nm、Cu 324.752nm、Zn 213.857nm、Cd 214.440 nm、Pb 220.353nm、Zr 343.823nm，在工作曲線中用鎳進行基體匹配，消除了基體鎳的干擾，實現了用電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP－AES）測定鎳鑭合金中雜質元素Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr。

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