ICP-OES法測定鋯合金中Be、K、Li的含量

惠泊寧 周 軍 焦永剛 田 鋒 石明華 李中奎 文惠民

(西部新鋯核材料科技有限公司，西安 710016)

ICP-OES法測定鋯合金中Be、K、Li的含量

惠泊寧 周 軍 焦永剛 田 鋒 石明華 李中奎 文惠民

(西部新鋯核材料科技有限公司，西安 710016)

建立了電感耦合等離子體發射光譜法測定鋯合金中Be，K，Li元素含量的分析方法。確定了樣品前處理方法與分析譜線，采用基體匹配消除干擾。方法精密度和準確度實驗表明，各元素的相對標準偏差均小于5%，加標回收率在95%～106%之間。所建立的方法快捷、簡便、準確，滿足鋯合金中Be、K、Li元素分析要求。

電感耦合等離子體發射光譜；鋯合金；Be；K；Li

鋯合金在核能源領域與核戰略領域有著廣泛的用途和非常重要的意義。金屬鋯以及鋯合金具有較小的熱中子吸收截面、較高的耐腐蝕性、良好的可加工性以及熱傳導性等特質，對高溫水和水蒸汽具備良好的抗腐蝕性能[1]。因此鋯合金被廣泛應用于水冷動力堆的包殼材料與堆芯結構材料，金屬鋯被譽為“原子時代的第一金屬”[2]。

隨著鋯合金在核能領域的發展，原子能級鋯合金對雜質種類與含量要求越來越嚴格。采用ICP-OES測定鋯合金中Be、K、Li的方法尚未見報道。ICP-OES具備檢出限低、基體效應小、精密度高、全譜直讀等優點[3]，在有色金屬成分分析中已經得到廣泛應用[4]。

實驗提出采用氫氟酸與硝酸混酸溶解，ICP-OES測定鋯合金中Be、K、Li元素含量。本方法前處理簡便，測定快速、準確，適用于鋯合金中Be、K、Li的測定。

1 實驗部分

1.1 儀器

ICAP7600型電感耦合等離子體發射光譜(賽默飛世爾)；優普超純水處理系統；AL204電子分析天平(梅特勒托利多)。

1.2 試劑與標準溶液

試劑：氫氟酸(48%、優級純)，硝酸(68%、優級純)；實驗用水為超純水(符合國標一級水，電阻率≥18.2MΩ·cm)。

標準溶液：Be、K、Li標準溶液(1000mg/L)，分兩種品牌購于美國IV公司以及美國SPEX公司。純鋯標準物質(企業自制，Zr：99.96%)。

1.3 儀器工作條件

工作條件為：高頻發生器功率1.35kW，等離子氣流量13L/min，輔助氣流量0.8L/min，霧化氣流量0.85L/min，泵速30rpm。

1.4 樣品前處理

準確稱取干凈清潔的樣品0.5000g(精確至0.0001g)，至于50mL耐氫氟酸燒杯中，加入約5mL超純水浸沒樣品，等分兩次共加入5mL氫氟酸硝酸混酸溶液(14.4%氫氟酸、6.8%硝酸)，帶樣品完全溶解并冷卻后，轉移至50mL耐氫氟酸容量瓶中，用超純水定容，搖勻待測。

2 結果與討論

2.1 前處理條件選擇

實驗采用氫氟酸與硝酸的混酸對樣品進行溶解。直接使用氫氟酸溶解樣品反應速率過快，實驗證明加入硝酸可以適當降低反應速率，推斷認為硝酸具有強氧化性，可將溶解過程中不斷暴露出的鋯金屬表面迅速氧化成致密的二氧化鋯氧化膜。實驗證明加入硝酸有利于反應產物在水中溶解，實驗結果見表1。綜合考慮選擇混酸溶液的體積配比為氫氟酸∶硝酸∶水=3∶1∶6，折算成濃度為14.4%的氫氟酸、6.8%的硝酸。

表1 前處理實驗

2.2 分析譜線選擇

根據儀器推薦的分析譜線，分別考察了鋯、錫、鐵、鉻對待測元素的譜線干擾情況，比較靈敏度以及信背比[5-7]，確定了合適的譜線，詳見表2。

表2 各元素分析譜線

2.3 校準曲線配制

分別稱取純鋯標準物質0.5000g(精確至0.0001g)，與樣品同方法處理，分別加入適量各待測元素Be，K，Li的標準溶液，配制成系列混合標準溶液，校準曲線線性相關系數≥0.999，標準系列溶液的質量濃度見表3。

表3 標準溶液濃度 μg/L

2.4 檢出限

實驗以純鋯標準物質為基體配制空白溶液，對11份空白溶液不連續的3個工作日進行測定，以各待測元素測定結果3倍標準偏差求得方法檢出限，各待測元素檢出限見表4。

表4 各元素的檢出限 μg/g

2.5 精密度

將樣品不連續的3個工作日測定7次，由表5可見各待測元素精密度(RSD)均小于5%，符合分析要求。

表5 各元素的精密度 μg/g

2.6 回收率

按本方法將樣品溶解，加入不同濃度的標準溶液，定容后進行加標回收率測定，結果見表6。實驗結果表明回收率在95%～106%之間，說明本方法準確度好。

表6 各元素回收率

3 結語

本實驗采用氫氟酸與硝酸的混酸溶解鋯合金樣品，采用ICP-OES測定鋯合金中Be、K、Li元素含量。通過使用純鋯標準物質作為校準曲線基體，消除測定過程中可能存在的干擾。該方法檢出限低，回收率與精密度表明本方法準確可靠，滿足鋯合金中Be、K、Li的分析要求。

[1]劉建章,趙文金,薛祥義,陸世英,等.核結構材料[M].北京:化學工業出版社,2007:5-8.

[2]扎依莫夫斯基Ac，等,姚敏智譯.核動力用鋯合金[M].北京:原子能工業出版社,1988:1.

[3]王琳琳,呂新明,賀國慶.ICP-OES法測鉛礦中砷鎘銅鎳鋅含量[J].分析儀器,2011,(6):41-44.

[4]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.

[5]鄧勃,寧永成,劉密新.儀器分析[M].北京:清華大學出版社,1991:111-159.

[6]湯普森M,沃爾什JN. ICP光譜分析指南.北京:冶金工業出版社,1991:33-34.

[7]嚴風霞,王筱敏.現代光學儀器分析選論.上海:華東師范大學出版社,1992:33-71.

Determination of Be, K, Li in zirconium alloy by inductively coupled plasma optical emission spectrometry.

Hui Boning, Zhou Jun, Jiao Yonggang, Tian Feng, Shi Minghua, Li Zhongkui, Wen Huimin

(WesternEnergyMaterialTechnologiesCo.,Ltd.，Xi’an710016,China)

A method for determination of Be, K, Li in zirconium alloy by ICP-OES was established. The way of sample pretreatment was determined. Spectral lines of each element were selected. The matrix matching method was used to eliminate interference brought by the base of zirconium in these elements. The precision and accuracy of the method were tested. The results showed that the relative standard deviations (RSD) for each element were all less than 5%, and the recoveries were 95%-106%. The experiments show that the method is rapid, accurate and applicable to simultaneous determination of Be, K, Li in zirconium alloy.

inductively coupled plasma optical emission spectrometer; zirconium alloy; Be; K; Li

惠泊寧，男，1988年出生，助理工程師，碩士，從事核材料化學分析工作，E-mail: burninghill@163.com。

10.3936/j.issn.1001-232x.2015.04.009

2015-01-13