電感耦合等離子體原子發射光譜法測定高硅鋁合金中Nb、Mo、W、Ta含量

劉喜山　高　頌　龐曉輝　李　蓓

(中航工業北京航空材料研究院，航空材料檢測與評價北京市重點實驗室，北京 100095)

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電感耦合等離子體原子發射光譜法測定高硅鋁合金中Nb、Mo、W、Ta含量

劉喜山高頌龐曉輝李蓓

(中航工業北京航空材料研究院，航空材料檢測與評價北京市重點實驗室，北京 100095)

介紹了用ICP-OES法測定高硅鋁合金中鈮、鉬、鎢、鉭元素的方法。通過溶樣方法的選擇、儀器工作參數的優化、基體和共存元素的影響等試驗，確定了采用鹽酸、氫氟酸和硝酸溶解樣品，用基體匹配方法消除基體鈦對測定的影響。在儀器最佳工作條件下，選擇了Nb：269.706 nm、Mo：202.030nm、W：239.708 nm、Ta：240.063 nm為待測元素分析線，測得的方法檢出限是0.001～0.002μg/mL。加標回收和精密度結果表明：本方法快速、準確，可以滿足鋁合金中的鈮、鉬、鎢、鉭元素的測定要求，方法RSD<9.45%，回收率90%～110%。

電感耦合等離子體原子發射光譜法高硅鋁合金鈮、鉬、鎢、鉭

高硅鋁合金具有高比強度和比剛度，目前仍是飛機的主要結構材料，在飛機上的應用仍有不可取代的優勢[1]。鈮、鉬、鎢、鉭是稀有難熔金屬家族中的主要成員，其具有高溫穩定性、化學耐腐性優良等性質，在國防軍事、航空航天、機械加工等領域一直發揮著重要作用[2]。目前在鋁合金中摻雜少量難熔金屬元素的研究較少，因此準確測定鋁合金中難熔金屬的含量具有重要意義。過去對難熔金屬如鈮、鉬、鎢、鉭金屬主要采用光度法，但是流程很長，元素干擾嚴重。由于電感耦合等離子體原子發射光譜法具有靈敏度高,檢出限低，多元素同時分析能力，線性范圍寬,基體干擾小等特點，特別適用于各類合金樣品中金屬元素的分析[3]。本實驗采用電感耦合等離子體原子發射光譜法對鋁合金中難熔金屬鈮、鉬、鎢、鉭元素含量的測定，并進行了精密度和加入回收試驗。

1　試驗部分

1.1儀器與試劑

美國Perkin Elmer公司生產的Optima8300DV型全譜直讀電感耦合等離子體光譜儀。

鈮、鉬、鎢、鉭的標準儲備液1.00 mg/mL，國家標準溶液，鋼鐵研究總院制，使用時逐級稀釋。

實驗用鹽酸、硝酸、氫氟酸均為優級純,水為二次蒸餾水,鋁元素單標準溶液均用質量分數大于99.95%的純金屬配制。

1.2儀器工作條件

儀器分析條件:高頻頻率：40MHz；正向功率：1.3kW，檢測器：SCD；觀測方向：水平；觀測高度：15mm，冷卻氣流量：12L/min；霧化氣流量：0.6L/min；積分時間：5s。分析元素波長見表1。

表1　待測元素分析線波長

1.3試驗方法

稱取0.2000g合金樣品置于100mL聚四氟乙烯燒杯中，加入10mL鹽酸(1+1)、1.5mL氫氟酸，低溫加熱溶解，反應停止后，加入1mL硝酸，溶解完全后，冷卻后轉移入50mL容量瓶中，用水稀釋至刻度,搖勻。

1.4校準曲線配制

選擇純鋁(質量分數不小于99.99%)進行基體匹配，按1.3同步處理后移入50 mL容量瓶中，根據表2中校準曲線的含量，加入待測元素標準溶液，用水稀釋至刻度，混勻，制備標準曲線系列溶液。

表2　校準曲線含量　%

1.5測定

于電感耦合等離子體原子發射光譜儀上，在選定的工作條件下測量各待測元素的百分含量。

2　結果與討論

2.1樣品溶解試驗

樣品溶解完全，是保證分析結果準確、可靠的必要條件。一般來說對高硅鋁合金使用酸溶解或者堿溶解鋁合金樣品，當樣品不需測定硅含量時，亦可用酸溶法處理試樣，而金屬鈮鉬鎢鉭較易溶于鹽酸、硝酸、王水中的任一種與氫氟酸形成的混酸，而單一酸可能溶解不完全。本實驗樣品采用氫氧化鈉溶解時，樣品底部有少量渾濁物，加入鹽酸后此渾濁物并未完全消失；采用王水和氫氟酸形成的混酸溶解此樣品，溶解后澄清，可以保證鈮鉬鎢鉭能完全溶解，因此本實驗采用鹽酸、硝酸、氫氟酸溶解。

2.2儀器工作參數選擇

儀器工作條件的優化以提高檢測的靈敏度為目標，霧化氣流量是ICP分析方法關鍵的參數之一，影響中心通道內各種參數和分布，因此需對霧化氣流速進行優化。在保證其它條件不變的情況下，只改變霧化氣流速，測量各元素的譜線強度，結果表明，上述元素的譜線強度隨載氣流速的增大逐步增加，當霧化氣流速在0.6 L/min 時達到最大后，上述元素的譜線強度值又隨霧化氣流速增大而減小，本試驗選擇霧化氣流速為0.6 L/min。

2.3分析線的選擇

通過掃描待測元素波長附近譜圖發現，基體鈦元素對待測元素譜線強度有影響，譜線的背景相應增強，這種影響可以通過基體匹配進行消除。因此，在配置校準曲線溶液時應進行基體匹配。

待測譜線應免受光譜干擾、足夠的線性范圍、靈敏度高，根據電感耦合等離子體發射光譜儀譜線庫提供的待測元素Nb、Mo、W、Ta的推薦波長及背景等效濃度、檢出限、信噪比、強度等參數，對待測元素的譜線進行初選。配制上述待測元素濃度為1μg/mL的單標準溶液，在選定的波長處用進行譜圖掃描，同時掃描基體元素Al及主量元素Si、Cu、Fe、Mg、Ti的單標準溶液，觀察待測元素的譜線受基體和主量元素的干擾情況和待測元素互相間的干擾情況，表3中列出了譜線選擇的結果。

綜上所述選擇Nb：269.706nm、Mo：202.030nm、W：239.708nm、Ta：240.063nm為待測元素分析線。

2.4線性范圍、相關系數和檢出限

根據樣品中的待測元素的含量和基體成分，配制工作曲線,其濃度范圍、相關系數見表4。

方法檢出限是選用的分析方法和所用儀器進行微量分析的重要技術指標，它表明該方法所能檢出某元素的最低濃度，在確定的測量條件下對試劑空白溶液進行了11次測定，計算其標準偏差，以3倍的標準偏差為其檢出限，計算出各元素的檢出限,見表4。

表3　譜線選擇結果　%

表4　線性范圍、相關系數、檢出限

2.5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，對樣品分析并進行加入回收試驗(n=8)，結果見表5。

表5　鋁合金樣品的分析結果　%

本實驗選擇Nb：269.706nm、Mo：202.030nm、W：207.912nm、Ta：240.063nm為待測元素分析線，進行了樣品溶解研究、優化了儀器條件、對樣品進行了加入回收和精密度試驗，回收率90～110%，RSD≤9.45%。試驗結果表明本方法可以消除基體和主量元素的光譜干擾，這些分析線靈敏度高，檢出限低。本方法快速、準確,可用于鋁合金中雜質元素鈮、鉬、鎢、鉭含量的測定。

[1] 龐曉輝，等.ICP-OES法測定鋁合金中Y、La、Pr、Sm、Ce、Gd和Nd [J].分析儀器,2012，(2)：41-43 .

[2] 張穎.高純鎢、鉬、鈮、鉭工業分析進展[J].湖南有色金屬2012，28,(6)：71-76.

[3] 高頌、龐曉輝.電感耦合等離子體發射光譜法測定鈦合金ZTC4及純Ti中雜質元素[J].冶金分析,2010,9(30)：610～613.

Determination of niobium，molybdenum，wolfram，tantalum in aluminium alloys by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.

Liu Xishan,Gao Song,Pang Xiaohui,Li Bei

(AVIC Beijing Institute of Aeronautical Materials ，Beijing Key Laboratory of Aeronautical Materials Testing and Evaluation,Beijing 100095,China)

A method for determination of niobium，molybdenum，wolfram，tantalum in aluminium alloys by ICP-AES is proposed.The experiment of instrument parameters,sample dissolution,selection of analytical lines，the effect of matrix and coexist elements on the determination，the comparison of reference materials and the analysis results are carried out.The recovery rate is 90%-110%，RSD≤9.45%.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry；aluminium alloys；niobium；molybdenum；wolfram，tantalum

劉喜山，男，1987年出生，工學碩士，助理工程師，從事材料化學成分分析研究工作。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.04.006

2015-12-07