電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）測定N18鋯合金中Nb，Sn，Fe，Cr元素含量

楊軍紅 李陀 石新層

（西部金屬材料股份有限公司，西安710065）

電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）測定N18鋯合金中Nb，Sn，Fe，Cr元素含量

楊軍紅 李陀 石新層

（西部金屬材料股份有限公司，西安710065）

建立了電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）測定N18鋯合金中Nb，Sn，Fe和Cr含量的分析方法。對溶樣方法、基體影響、譜線選擇等進行了討論，結果表明，鋯基體對測定結果有一定的影響，在實驗中采用基體匹配法消除基體干擾，并對實驗條件進行了優化。在優化的實驗條件下，該方法用于樣品中Nb、Sn、Fe、Cr的測定，測定結果與化學法測定結果基本一致，加標回收率為96.7%～101.0%，相對標準偏差（RSD，n＝11）均小于3%。

N18合金；Nb；Sn；Fe；Cr；電感耦合等離子體原子發射光譜法

0 前言

鋯合金由于具有良好的抗高溫水及過熱蒸汽的腐蝕性能、良好的力學強度和塑性以及較低的熱中子吸收截面等特性，因此在反應堆內得以廣泛應用。為了提高核電的經濟性，核動力反應堆技術正朝著加深燃料燃耗，延長換料周期的方向發展，這就對鋯合金的性能，尤其是其耐腐蝕性能提出了更高的要求。

中國在20世紀80年代開展了鋯合金的研究，成功研發出了其堆外腐蝕、力學、吸氫性能大大優于Zr-4合金的新一代鋯合金——N18合金［1］，其名義成分為Zr-1%Sn-0.3%Nb-0.35%Fe-0.1%Cr［2］。其中Nb，Sn，Fe，Cr對合金性能有著顯著的影響［3］：如Nb的加入可以增強合金強度、提高耐腐蝕性；Sn可以消除雜質氮的影響并提高其力學性能；Fe，Cr含量則可以影響其強度等。因此，準確測定其合金成分就顯得尤為重要。

采用硝酸-氫氟酸溶解合金試樣［4］，以ICP-AES法同時測定溶液中的Nb，Sn，Fe，Cr含量。確定了分析條件并推薦了各元素的分析譜線，最后還進行了加標回收及精密度實驗［5－6］。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Prodigy型高分辨率電感耦合等離子體原子發射光譜儀（美國利曼公司，200nm處光譜分辨率應小于0.1nm）。

鈮、鐵、鉻、錫標準儲備溶液（1g/L）：購買于鋼研納克檢測技術有限公司，用時按要求稀釋到所需濃度。

氯化鋯酰（質量分數≥99.99%），所用試劑均為優級純，實驗用水為二次去離子水。

1.2 儀器工作條件

儀器的最佳分析條件見表1。

表1 儀器工作條件Table 1 Instrumental operating parameters

1.3 實驗方法

準確稱取0.10g（精確至0.000 1g）試樣于100mL聚四氟乙稀燒杯中，加入10mL硝酸（1＋1），1mL氫氟酸溶解樣品。待樣品溶解完全后，將溶液轉移至100mL塑料容量瓶中，以水稀釋至刻度、混勻，待測。

2 結果與討論

2.1 溶樣方法的選擇

鋯及其合金一般采用硫酸-硫酸銨或硝酸-氫氟酸溶解。但在試樣處理中，通常使用粘度小、表面張力小、霧化效率高的酸進行溶解。硫酸因其粘度較大，影響樣品的提升量和霧化效率，故在ICP-AES分析中使用較少［7］。所以本實驗采用硝酸-氫氟酸對樣品進行溶解，并對其用量進行了研究討論：發現10mL硝酸（1＋1），1mL氫氟酸可快速溶解樣品。所以本實驗選擇10mL硝酸（1＋1），1mL氫氟酸作為溶樣酸。

2.2 基體的影響

按照實驗方法，分別測定了有鋯基體和無鋯基體時鈮、錫、鐵和鉻的強度。研究發現，鋯基體存在時其強度較低。這可能是由于大量基體的存在，使溶液的鹽份、粘度、表面張力增大，從而引起溶液的吸入速率減小，霧化率降低，使參與激發的原子和離子數目減少，從而造成強度降低。所以，為了消除基體干擾，保證測定的準確性，本實驗選擇在工作曲線中加入與試樣相一致的鋯基體進行基體匹配。

2.3 分析譜線的選擇

波長選擇時既要最大限度地避開光譜干擾，又要考慮分析線的靈敏度和準確性。用鈮、錫、鐵和鉻溶液、空白及樣品溶液，分別對譜線庫提供的譜線進行掃描，綜合考慮掃描峰的形狀、峰值與基線的情況，比較基體對該峰的干擾情況，推薦給出分析譜線（見表2）。

表2 分析譜線Table 2 Analytical lines

2.4 工作曲線制作

分別準確稱取0.353 3g氯化鋯酰于5個100mL聚四氟乙稀燒杯中，按實驗方法處理后分別加入一定量的鈮、錫、鐵、鉻標準溶液，制備標準工作曲線。測定標準溶液中各待測元素的譜線強度，以分析元素濃度（x）為橫坐標，譜線強度（y）為縱坐標，繪制各待測元素的校準曲線。同時測量試劑空白溶液10次，以測定結果標準偏差的3倍作為檢出限。實驗結果表明，該方法檢出限較低，待測元素在測定范圍內有良好的線性關系，結果見表3。

表3 線性方程與檢出限Table 3 Curve equations and detection limits of the method /（μg·g－1）

2.5 精密度實驗

按實驗方法，對N18合金中Nb，Sn，Fe，Cr進行測定，得到測定結果的相對標準偏差（RSD，n＝11），見表4。由表4可見，11次測定結果的精密度在0.80%～2.2%，證明該方法精密度良好。

表4 精密度實驗Table 4 Precisions of the method /（μg·mL－1）

2.6 加標回收實驗

按實驗方法，進行方法的加標回收實驗，測定結果見表5。由表5可見，加標回收率在96.7%～101.0%。

表5 加標回收實驗Table 5 Recovery of the proposed method/（μg·mL－1）

2.7 方法分析結果對比實驗

用ICP-AES法與化學法對同一樣品進行測定，結果見表6。由表6可知，兩種方法測定N18合金中Nb，Sn，Fe，Cr的分析結果基本一致。

表6 本法與化學法的比較Table 6 Comparison of the chemical analysis method with the proposed method in this work/（μg·mL－1）

3 結論

用ICP-AES法測定N18鋯合金中Nb，Sn，Fe，Cr含量，方法簡便、快速，測定結果的精密度高、準確度好、為N18鋯合金中Nb，Sn，Fe，Cr含量的測定提供了一條有效途徑，極大地提高了生產效率。

［1］趙文金，周邦新，苗志，等 .我國高性能鋯合金的發展［J］.原子能科學技術，2005，39（增）：2-9.

［2］邱日盛，欒佰峰，柴林江，等 .鋯合金第二相研究述評（II）：Zr-Sn-Nb-Fe系合金［J］.中國有色金屬學報，2012，22（6）：1605-1615.

［3］李中奎，劉建章，朱梅生，等.合金元素對Zr-Sn-Fe-Cr-Nb合金性能的影響［J］.稀有金屬材料與工程，1996，25（5）：43-48.

［4］李劍，孫友寶，馬曉玲，等.氫氟酸直接進樣-電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）測定氧化鋯中多種雜質元素［J］.中國無機分析化學，2013，3（增刊）：31-32.

［5］郭蓉，廖志海 .原子吸收光譜法測定新鋯合金中的鎘［J］.光譜實驗室，2009，26（2）：345-347.

［6］侯列奇，王樹安，李潔，等.ICP-AES測定鋯合金（Zr-2、Zr-4）中10種微量雜質元素［J］.光譜實驗室，2005，22（5）：967-972.

［7］阮桂色.電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP-AES）技術的應用進展［J］.中國無機分析化學，2011，1（4）：15-18.

Determination of Nb，Sn，Fe and Cr in N18Alloy by
Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

YANG Junhong，LI Tuo，SHI Xinceng
（Western Metal Materials Co.LTD.，Xi’an，Shaanxi 710065，China）

A new method for the determination of Nb，Sn，Fe and Cr in N18alloy by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry was established.Analytical conditions such as preparations of sample solutions，the matrix interference and the analytical lines selection，etc，were discussed.The interferences were eliminated by using the matrix matching method and the experimental conditions were optimized.The proposed method has been applied to determine the contents of Nb，Sn，Fe and Cr in N18alloy，and the determination results were consistent with those obtained by chemical analysis method.The recovery was 96.7%～101.0%，and the relative standard deviation（RSD，n＝11）were less than 3.0%.

N18alloy；Nb；Sn；Fe；Cr；inductively coupled plasma atomic emission spectrometry

O657.31；TH744.11

：A

：2095-1035（2015）02-0047-03

2014-12-02

：2015-02-05

楊軍紅，男，高級工程師，主要從事材料分析研究。E-mail：yangjunhong＠sina.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2015.02.010