電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP-AES）法測定高溫合金中5種非金屬元素

楊倩倩 何 淼 彭 霞

（鋼鐵研究總院，北京100081）

電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP-AES）法測定高溫合金中5種非金屬元素

楊倩倩 何 淼 彭 霞

（鋼鐵研究總院，北京100081）

研究了快速測定高溫合金中5種非金屬元素（As，B，P，Se，Si）的分析方法，以滿足高溫合金行業對非金屬元素檢測的需求。利用王水、氫氟酸和酒石酸對高溫合金進行酸溶解，系統研究了基體元素和共存元素對分析元素譜線的光譜干擾情況，同時進行了分析譜線的選擇。5種非金屬元素的檢出限在5.0～12.0μg/mL，5次數據的相對標準偏差（RSD，n＝5）為1.1%～4.0%，各元素的加標回收率在96%～102%，方法適用于高溫合金中非金屬元素的測定。

高溫合金；電感耦合等離子體原子發射光譜法；非金屬元素

0 前言

高溫合金具有優良的強度、塑性、韌性、耐腐蝕性、可加工性、冶金穩定性及焊接性，在工業中的應用范圍日趨擴大，被廣泛應用于用于航空航天、船舶、核電及各類軍事等領域［1］。鎳基高溫合金中添加元素的種類和含量異常復雜，除基體元素鎳的質量分數在40%～70%左右外，其它各雜質元素含量都進行嚴格控制，而一個牌號的鎳基高溫合金中不同元素的含量范圍可以差幾個數量級，這樣也給分析工作帶來極大的困難。

電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）具有線性范圍寬、檢出限低、精密度高、基體效應小、干擾少，可進行多元素同時測定等優點［2］，已成為高溫合金檢測行業中的基礎技術支撐，國內外使用電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）測定高溫合金中6～14種雜質元素已有報道［3-7］。

我國于2005年修訂了高溫合金化學分析方法行業標準“HB 5220—2008”，但檢測項目僅包括高溫合金中少量元素的化學分析方法，并未涉及到高溫合金中非金屬元素的ICP-AES法測定［10］。目前，快速測定高溫合金中非金屬元素成為一個亟待解決的問題。本文通過實驗研究，建立了基于國產單道掃描型電感耦合等離子體原子發射光譜儀快速、準確測定高溫合金中5種痕量非金屬元素的分析方法。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及工作條件

Plasma 1000型順序掃描發射光譜儀（鋼研納克公司）。采用Czermy-Turner光學系統：焦矩為1 000mm；光柵刻線3 600條/mm；波長范圍為190～500nm；倒線色散率為0.22nm/mm；分辨率為0.006 6nm；入射狹縫為20μm；出射狹縫為20μm；高頻電源頻率為27.12MHz；入射功率為1.15kW；反射功率為0kW；工作氣體為氬氣（純度大于＞99.95%）；冷卻氣為13.5L/min；載氣為0.5L/min；沖洗氣為3.5L/min；觀察高度為10mm；蠕動泵泵速20r/min。

1.2 主要試劑

As，B，P，Se標準儲備溶液（1 000μg/mL，國家鋼鐵材料測試中心），Si標準儲備溶液（500μg/mL，國家鋼鐵材料測試中心）；使用時根據需要稀釋成所需濃度。

鹽酸（ρ＝1.18g/mL，北京化學試劑研究所），硝酸（ρ＝1.50g/mL，北京化學試劑研究所），氫氟酸（ρ＝0.888g/mL，北京化學試劑研究所），酒石酸（北京化學試劑研究所），以上試劑均為優級純。

實驗用水為超純水，電阻率大于18MΩ·cm；氬氣（純度大于99.95%，北京誠維峰氣體有限公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品的前處理

準確稱取高溫合金樣品0.10g（精確至0.000 1g）置于250mL聚四氟乙烯燒杯中，在150℃下加入15mL HCl和5mL HNO3，待冷卻至室溫，溶解后緩慢滴加1mL HF，反應完全后，加入5mL酒石酸（400g/L），反應完全后冷卻至室溫，定容至100mL塑料容量瓶中。隨同試樣做空白實驗。

1.3.2 標準曲線的配制

分別移取10mL（Si取20mL）標準儲備溶液（As，B，P，Se，Si）至100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，配制成含有5種元素的100μg/mL的混合溶液A。

移取10mL混合溶液A至100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，配制成含有5種元素的10μg/mL的混合溶液B。

在7個100mL容量瓶中，分別加入上述混合溶液A和混合溶液B，使得7個容量瓶中元素的含量為0，0.05，0.1，0.5，1，3，5μg/mL，加入10mL王水，用水稀釋至刻度，搖勻。

2 結果與討論

2.1 樣品稱樣量的選擇

樣品的稱樣量由樣品中各元素含量的多少、方法的檢出限和儀器的靈敏度綜合確定。為保證取樣的代表性、均勻性及分析方法的準確性，本次實驗中，介于高溫合金中非金屬元素的質量分數一般在0.1%以下，故樣品稱樣量選擇0.1g為最佳。

2.2 元素譜線選擇

實驗利用譜圖比對功能，對5種待測元素的譜峰位置和空白位置進行了詳細的譜圖比較和確認，依據待測溶液中各元素的含量，選擇靈敏度高、譜線背景低、無其它元素嚴重干擾的譜線作為分析線，如表1所示。

表1 各元素分析譜線Table 1 Analytical lines

2.3 校準曲線和檢出限

按照儀器設定的工作條件對標準系列溶液進行測定，以待測元素質量濃度（x）為橫坐標，發射強度（y）為縱坐標，繪制校準曲線見表2。實驗結果表明，各元素的相關系數均在0.999 9以上。

表2 各元素線性回歸方程及相關系數Table 2 Correlation coefficients and linear regression equations

在儀器最佳工作條件下對空白溶液連續測定11次，以3倍標準偏差計算方法中各待測元素檢出限，以10倍標準偏差計算方法的測定下限，結果見表3。實驗結果表明，各元素的檢出限均在12μg/g以下，測定下限在40μg/g以下。

表3 方法檢出限和測定下限Table 3 Detection limits and determination limits of the method

2.4 精密度實驗

按照實驗方法測定某一高溫合金標準樣品中5種元素的含量，并進行精密度實驗，結果見表4。實驗結果表明，各非金屬元素的精密度在5%以下，滿足生產需求。

表4 精密度實驗結果（n＝5）Table 4 Precision tests /%

2.5 加標回收實驗

按照實驗方法測定高溫合金標準樣品中5種元素的含量，并進行加標回收實驗，結果見表5。實驗結果表明，5種元素的加標回收率均在97%～102%。

表5 加標回收實驗Table 5 Recovery tests /（μg·g-1）

3 結語

采用電感耦合等離子體原子發射光譜法測定高溫合金標準樣品中的As，B，P，Se，Si等5種元素，排除基體干擾后，可一次性完成對5種非金屬元素的測定，測定準確度和精密度能完全滿足高溫合金樣品中非金屬元素含量測定的技術要求。

［1］王會陽，安云岐，李承宇，等 .鎳基高溫合金材料的研究進展［J］.材料導報（MaterialsReview），2011，25（18）：482-486.

［2］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（ChineseJournal ofInorganicAnalyticalChemistry），2011，1（4）：15-18.

［3］楊軍紅，李陀，石新層 .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［J］.中國無機分析化學（ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry），2015，5（2）：47-49.

［4］韋筱香 .鎳基高溫合金中幾種主要雜質元素的ICPAES測定法［J］.化學工程與裝備（ChemicalEngineering＆Equipment），2015，29（2）：175-177.

［5］劉少清，吳勇軍.用ICP-AES法同時測定GH4049中12種元素的含量［J］.鋼鐵研究學報（JournalofIron andSteelResearch），2003，15（7）：494-497.

［6］李帆，葉曉英.ICP-MS法測定鎳基高溫合金中16個元素的方法研究［J］.光譜學與光譜分析（Spectroscopy andSpectralAnalysis），2003，23（6）：1174-1176.

［7］李漢超，李帆.ICP-AES法測定高溫合金中的P［J］.材料工程（JournalofMaterialsEngineering），2002，30（12）：96-99.

Determination of Five Nonmetallic Elements in High Temperature Alloy by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy

YANG Qianqian，HE Miao，PENG Xia
（CentralIron＆SteelResearchInstitute，Beijing100081，China）

A method for rapid determination of five nonmetallic elements（As，B，P，Se and Si）in high temperature alloy was studied.The sample was digested by aqua regia，hydrofluoric acid and tartaric acid.The spectral interference from matrix elements and coexist elements were systematic studied and the analytical spectral lines were also selected.Under the optimized experimental conditions，the detection limits for the five nonmetallic elements were in the range of 5.0～12.0μg/mL with RSDs（n＝5）of 1.1%～4.0%.The recoveries were 96%～102%.The proposed method has been proved to be suit for the determination of nonmetallic elements in high temperature alloy.

high temperature alloy；inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy；nonmetallic elements

O657.31；TH744.11

A

2095-1035（2015）04-0053-03

2015-08-06

2015-09-07

國家重大科學儀器設備開發專項基金資助項目，千瓦級微波等離子體炬光譜儀的開發和應用（2013YQ470781）資助

楊倩倩，女，工程師，主要從事金屬材料的分析研究和應用。E-mail：yangqianqian＠ncschina.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2015.04.012