ICP-OES法測定鎳基合金中9種微量元素

彭明斌

(瓦盧瑞克核電管材(廣州)有限公司，廣東　廣州　511455)

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ICP-OES法測定鎳基合金中9種微量元素

彭明斌

(瓦盧瑞克核電管材(廣州)有限公司，廣東廣州511455)

建立了ICP-OES(等離子體發射光譜法)測定鎳基合金中9種微量元素的測試方法。采用3:1體積比濃鹽酸和濃硝酸混酸通過微波消解儀消解0.2 g樣品制備樣品溶液。標準溶液通過基體匹配法制備，各元素標準曲線線性相關系數大于0.999。本方法各元素的方認檢測限在0.004 mg/L到0.30 mg/L之間。應用本方法進行測試，9種元素的相對標準偏差(n=7)均小于5%，加標回收率在95.0%到102.7%之間。實驗結果表明本方法精密度好、準確度高，滿足日常分析的要求。

ICP-OES；鎳基合金；微量元素

鎳基合金由于其化學成分及各種元素的添加，使其具有比重輕、強度高、抗氧化、耐高溫等優異性能，被廣泛應用于航空、航天、核反應堆、石油化工和能源轉換設備等的高溫部件[1-2]。電感耦合等離子體發射光譜光譜(ICP-OES)法具有檢出限低，基體效應小、精密度高、靈敏度高、線性范圍寬，可多元素同時測定的優點[3]，目前已成為材料成分分析中常用的檢測手段。本實驗采用ICP-OES法同時測定鎳基高溫合金中鋁錳鈦硅鈮鉭鉬鈷銅9種微量元素含量，確定了最佳實驗條件，介紹了分析線的選擇，采用基體匹配法，消除基體和共存元素的干擾影響。本方法精密度好、準確度高，簡單快速，測定結果令人滿意,滿足了現代化生產質量控制和實驗室日常分析的要求。

1　實驗部分

1.1儀器與試劑

美國珀金埃爾默(Perkin Elmer)Optima 7300V型等離子體發射光譜儀；奧地利安東帕(Anton Paar) Multiwave PRO型微波消解儀。

各元素標準儲備溶液：鋁1000 mg/L，錳1000 mg/L，鈦1000 mg/L，硅1000 mg/L，鈮1000 mg/L，鉭1000 mg/L，鉬1000 mg/L，鈷1000 mg/L，銅1000 mg/L；

濃鹽酸(優級純)；濃硝酸(優級純);

實驗用水為電阻率18.2 MΩ·cm超純水。

1.2儀器工作條件

ICP-OES工作條件：RF發生器功率1300 W；霧化氣流量為0.8 L/min;冷卻氣流量為15 L/min; 輔助氣流量為0.2 L/min; 蠕動泵進樣量為1.5 mL/min；觀測方式為徑向觀測；讀數時間：自動，最小2 s，最大10 s；讀數延遲：35 s。

微波消解儀工作條件：采取功率控制，樣品罐數為8罐，步驟如下：① 10 min功率上升到250 W；②保持功率250 W 5 min；③ 繼續10 min上升功率到500W；④保持功率500 W 15 min；⑤風冷到55 ℃。

1.3試驗方法

1.3.1樣品溶液制備

準確稱取0.2 g(精確至0.0001 g)試樣于微波消解罐中，添加4.5 mL濃鹽酸和1.5 mL濃硝酸，按照設定的微波消解儀工作條件進行微波消解。消解完成后將試液轉移至50 mL容量瓶，用高純水定容，搖勻。按儀器工作條件進行測定。

1.3.2工作曲線標準溶液制備

工作曲線標準溶液采取基體匹配法。稱取與0.2 g試樣主量元素(Ni,Cr,Fe)含量一致的高純鎳粉0.12 g，鉻粉0.06 g，鐵粉0.02 g合成每一份添加到微波消解罐，每份基體粉末加入少量純水潤濕后，添加4.5 mL濃鹽酸和1.5 mL濃硝酸在微波消解儀配套的趕酸器里低溫溶解成為基體匹配底液。將標準儲備溶液逐級稀釋到所需濃度，然后分別添加到基體匹配底液中得到混合工作標準溶液，其濃度梯度如表1所示。其中。空白溶液為不添加標準溶液的基體底液。然后把空白溶液和標準溶液隨同樣品按照相同條件進行消解操作。

表1　工作標準溶液濃度

2　結果與討論

2.1樣品溶液制備方式的選擇

金屬樣品采取敞開式電熱板加熱溶解較為常見，但操作流程不夠簡便，耗酸量大，耗時多。微波消解是一種嶄新的、高效的樣品消解方法。因其具有節能、省時、污染少和分解完全的優點已成為試樣分解不可缺少的方法之一[4]。本實驗采用微波消解制備樣品基于溶樣時間短；消耗試劑少，空白低；密閉環境避免了揮發損失和樣品的沾污；降低了勞動強度這幾個因素。微波消解所設置的加熱功率、溫度、時間及壓力等參數不僅要確保樣品安全快速的消解完全，也不能功率設置過大導致壓力過高泄壓造成待測元素揮發損失或者各個樣品溶液酸度的不一致。經過不同條件的試驗，最終確定選擇4.5 mL濃鹽酸和1.5 mL濃硝酸作為消解試劑，工作條件如1.2所述得到的樣品溶液最為合適，樣品溶液澄清透明均一，同時酸度不高，利于ICP-OES測定得到穩定的結果。

2.2分析線的選擇

表2　各元素分析譜線波長

待測元素波長的選擇是建立測試方法過程中的重要環節，選擇被測元素的分析線必須考慮其靈敏度，背景干擾等因素。本試驗從儀器分析線數據庫中選擇各待測元素譜線中靈敏度較高的幾條，根據標準化的情況和對實際樣品的檢測結果綜合選擇最佳譜線。用標準樣品反復試驗，結果對比最終確定相關系數高、準確度高、線性好、干擾小和穩定性好的譜線作為分析線[5]。經過對同一元素不同譜線進行測定試驗，最終確定的各元素最優分析線如表2所示。

2.3標準曲線結果

待儀器穩定后，按儀器工作條件，將混合標準溶液依次測試，制定標準曲線。混合標準溶液各元素標準曲線結果列于表3。從表3可見，各元素標準曲線的線性相關系數都大于0.999，表明各元素的校準曲線結果理想，線性好。

表3　標準曲線結果

2.4方法檢出限

根據IUPAC對方法檢出限確定較通用的做法是測試方法空白溶液5～20次然后取標準偏差的3倍作為方法檢出限。本實驗取11次平行測定空白溶液的結果，按空白溶液標準偏差的3倍計算各元素的檢出限，列于表4。與樣品測試要求的各元素限值對比，各元素方法檢出限遠遠低于各元素限值，表明本測試方法的方法檢出限完全滿足測試要求。

表4　方法檢出限

2.5精密度和加標回收試驗

往空白基體添加標準溶液，按照分析方法進行和樣品同樣的前處理過程制得待測溶液，按工作條件對7個配制溶液進行測定，結果列于表5。從表5可見，測定值的相對標準偏差(RSD)均小于5%，說明本方法精密度高，重現性好；加標回收率在95.0%～102.7%之間，表明本方法回收率好，準確度高。本方法精密度和準確度能滿足測試要求。

表5　精密度、加標回收率試驗 (n=7)

2.6樣品分析結果

按試驗方法測定制備的2個平行樣品，測定結果按照公式 w(%)=CV/m (C為測定的樣品溶液濃度結果；V為樣品溶液體積；m 為樣品質量) 換算成質量分數，列于表6。 測試結果表明，所有元素測試結果相對偏差在0.9%～4.8% 以內，全部小于10%，符合質量控制要求，表明測試結果穩定、重現性好。

表6　樣品測定結果

續表6

Mn0.3180.3120.3151.3Ti0.2600.2540.2571.6Si0.1880.1910.1891.1Nb0.00730.00740.00740.9Ta<0.006<0.006<0.006/Mo0.00720.00690.00713.0Co0.00620.00580.00604.8Cu0.00230.00220.00232.9

3　結　論

本實驗用微波消解法制備樣品，用電感耦合等離子體光譜法測定了鎳基合金中9種微量元素，方法的精密度好、準確度高，實驗結果滿意。樣品處理和測定過程相對傳統方法簡便快速，適合于樣品量大的日常生產質量監控中成分測定。

[1]葉曉英, 李帆. ICP-AES測定鎳基高溫合金中主量與雜質元素分析技術[J]. 材料工程, 2002(12):23-24.

[2]李文新. 真空直讀光譜儀對鎳基合金中多種元素的測定[J]. 甘肅科學學報, 2008(02):86-88.

[3]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(04):15-18.

[4]許萍, 牟仁祥, 曹趙云,等. 密閉式微波消解方法綜述[J]. 光譜實驗室, 2009(01):57-59.

[5]朱麗, 祿妮, 張丹莉, 等. 電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鎳鎢合金中鎢含量[J]. 理化檢驗-化學分冊,2013(3):352-353.

Determination of 9 Trace Elements in Nickel-base Superalloy by ICP-OES

PENGMing-bin

(Valinox Nuclear Tubes(Guangzhou) Co.,Ltd., Guangdong Guangzhou 511455, China)

A test method for determination of 9 trace elements in nickel-base superalloy by ICP-OES(Inductively Coupled Plasma Optical Emission) was established. Sample solutions were prepared by 0.2 g sample with 3:1 volume ratio of concentrated hydrochloric acid and concentrated nitric acid in microwave digestion instrument. Standard solutions were prepared by matrix matching method, and after resting, linear correlation coefficient of each element was greater than 0.999. Method detection limit of each elements in this method were 0.26 mg/L to 0.005 mg/L. Performing tests according to this test method,the relative standard deviation of each element was less than 5%, and the recovery were 95.0% to 102.7%.Test results indicated that the precision and accuracy of this method were good and can meet the analysis requirement.

ICP-OES; nickel-base superalloy; trace elements

彭明斌(1985-)，男，實驗室工程師，主要從事實驗室測試。

O657.31

B

1001-9677(2016)03-0118-03