電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定鑄造鋁ADC12中硅

鐘國生

(佛山市質量計量監督檢測中心，廣東 佛山 528000)

電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定鑄造鋁ADC12中硅

鐘國生

(佛山市質量計量監督檢測中心，廣東 佛山 528000)

在微波消解儀中以氫氧化鈉溶解試樣，然后滴加過氧化氫，使得鑄造鋁ADC12中的硅完全溶解，并采用電感耦合等離子體原子發射光譜( ICP-AES)法測定，硅的質量百分數平均值為10.31 %的情況下，標準偏差0.09%，相對標準偏差(RSD)為0.83%。對比了國家標準方法中加熱板消解法與微波消解法對硅加標回收率的影響，加熱板消解法的加標回收率低于微波消解法，微波消解法輔助前處理樣品，促使樣品在短時間內反應完全，實驗步驟簡便，結果滿意。

ADC12；硅含量；微波消解；ICP-AES

前言

ADC12是一種壓鑄鋁合金，對應日本的“JIS H5302鋁合金壓鑄件”中的Al-Si-Cu系合金。具有切削性能、機械性能、鑄造性能好等特點。廣泛應用于變速箱、氣缸、發電機殼體、發動機連桿、相機外殼等汽車、機械工業零部件中。ADC12合金牌號中硅含量要求為：9.6%～12.0%，硅主要作用是改善壓鑄鋁合金的流動性，硅晶粒的化學穩定性好且具有較高的硬度(HV8700～10500 MPa)，故隨著鋁硅合金中硅含量的增加，能夠提高合金的抗拉強度及硬度，硅含量一般在5%～13%，有著優異的鑄造性能[1]。但在Al-Si合金生產過程中，合金易產生Si偏析，嚴重時會影響鋁合金的使用性能[2]。采用“GB/T20975. 5”重量法測定則需將樣品進行熔融處理，分析速度慢。李映明等[3]以氫氧化鈉溶解,過氧化氫氧化和硝酸酸化作為溶樣手段, 使硅全部轉化為正硅酸鹽進行測定。李穎等[4]則建立了X射線熒光光譜法測定鋅鋁銅合金ZnAl6Cu1中鋁、銅、鐵、硅、鎳、鉛和鎘的分析方法。電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法[5]測定高硅含量變形鋁及鋁合金中的硅，相比較“GB/T20975.5”重量法，簡便快速。通過“GB/T17432”國家標準試樣制取方法，即使有偏析的產品，樣品也能保證較好的均勻性[6]。本文以鑄造鋁合金ADC12為例，對鋁合金中高含量硅測定時樣品消解困難的問題, 比較不同的消解方法，實驗表明采用微波消解, 使得樣品處理變得快速，可靠。

1 實驗部分

1 .1 儀器及工作條件

715 ICP-AES等離子體原子發射光譜儀(安捷倫科技有限公司)，功率：1 200 W；冷卻氣(Ar)流量：15.0 L/min；輔助氣(Ar)流量：1.5 L/min；載氣(Ar)流量：0.55 L/min；觀察高度：感應線圈上方10 mm；分析譜線：Si 251.611 nm。

MARS5微波消解儀(美國CEM儀器公司)，微波功率設定800 W，10 min升溫到160 ℃，保溫10 min。

1 .2 試劑及標準溶液

硅(Si)標準儲備溶液(1 000 μg/mL，購自鋼研納克有限公司)，氫氧化鈉(100 g/L)、過氧化氫(30%)、硝酸(1+1)均由分析純試劑配制。純鋁標準物質(ωAl>99.99%)。鑄造鋁標準物質來源及硅含量如表1所示。

表1 鑄造鋁標準物質

1 .3 實驗方法

稱取0.10 g(精確至0.000 1 g)試樣，各樣品經消解后，用ICP-AES法測定硅含量。

1.3.1 加熱板消解法

將試料置于100 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入15 mL NaOH(100 g/L)，低溫加熱至試料基本溶解，稍冷，加入20 mL鹽酸和5 mL硝酸，再低溫加熱至試料完全溶解，冷卻定容至100 mL待測。

1.3.2 微波消解法

將試料置于微波消解內罐中，加入約7 mL NaOH(100 g/L)稍待反應后，蓋上罐蓋，置于微波消解儀中。在最佳微波消解程序下升溫至160 ℃后，保持10 min，冷卻后取出，逐滴加入1 mL H2O2(30%)，劇烈反應后，以水沖洗至燒杯中，加入20 mL硝酸(1+1)，加熱至溶液澄清，冷卻定容至100 mL，搖勻待測。

2 結果與討論

2.1 標準曲線繪制

采用鑄造鋁標準物質，用超純水配制成多種不同濃度的硅標準溶液，由ICP-AES法自動繪制標準工作曲線，設定最大誤差為5%。選取5點標準曲線進行實驗。并繪制工作曲線，線性相關系數r=0.999 5。

2.2 不同消解方法加標回收率對比

分別稱取0.10 g純鋁標準物質，用硅標準溶液，配制加標量為50 μg/mL的試樣，采用加熱板消解法和微波消解法，對樣品進行消解后。用ICP-AES法對其中的硅含量進行測定，并計算各自的加標回收率(3次測得元素濃度平均值/元素標準濃度×100%)，加熱板消解法的加標回收率低于微波消解法。結果如表2。

表2 不同消解方法所測得的加標回收率

2.3 方法的準確度與精密度

為驗證方法的準確度，采用“HB6731.12”標準方法中加熱板消解法與微波消解法結果進行對比，如表3所示，采用微波消解法可以滿足檢驗測試的要求。

表3 測定結果對照

采用微波消解法，經5次平行試驗，在硅含量平均值為10.31 %的情況下，標準偏差為0.09%，相對標準偏差(RSD)為0.83 %，方法符合分析要求。

3 結論

鑄造鋁合金中以牌ADC12為代表等含硅高的樣品除能溶于氫氟酸外，不能完全溶解于其它酸。本文以NaOH溶解試樣，通過加熱板消解法與微波消解法測定結果比較，實驗表明，微波消解法輔助前處理樣品，能促使樣品在短時間內反應完全，實驗步驟簡便，結果滿意。

[1] 梁濤.壓鑄鋁合金中合金元素的作用及應用[J].硅谷(SiliconValley), 2012(2):150.

[2] 袁崇勝,楊鋼,劉惠軍,等.降低Al-Si-Mg鑄造鋁合金Si偏析的措施[J].有色金屬(冶煉部分)[NonferrousMetals(ExtractiveMetallurgy)],2006(2):45.

[3] 李映明,陳志濤,陳蓉玉.進出口鋁及鋁合金中Fe、Cu、Si、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti、Ga等元素的測定[J].光譜實驗室(ChineseJournalofSpectroscopyLaboratory),1997,14(2):33.

[4] 李穎,馮秀梅,陸筱彬,等.X-射線熒光光譜法測定鋅鋁銅合金中的鋁、銅、鐵、硅、鎳、鉛和鎘[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry), 2015,5(4):69-73.

[5] 全國有色金屬標準化技術委員會.GB/T17432—2013變形鋁及鋁合金化學成分分析取樣方法[S].北京:中國標準出版社,2013.

[6] 陳蓉,張宏凱.電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)測定鉻礦砂及再生鉻礦砂中二氧化硅[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry), 2015,5(4):44-47.

Determination of Silicon in Die Casting Aluminum Alloy (ADC12) by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

ZHONG Guosheng

(FoshanSupervisionTestingCentreofQualityandMetrology,Foshan,Guangdong528000)

In this paper, the die casting aluminum alloy sample (ADC12) was digested completely with sodium hydroxide by a microwave digestion instrument.The silicon content was determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). The standard deviation was 0.09% when the average value of Si content was 10.31% and the relative standard deviation (RSD) was 0.83%. Compared to the electric hot plate digestion method described in the national standard, the microwave digestion method had higher Si recovery rate. Using microwave digestion method for sample pretreatment, samples can react thoroughly within a short time, and experimental procedure is simple and results are satisfactory.

ADC12; silicon; microwave digestion; ICP-AES

10.3969/j.issn.2095-1035.2017.01.016

2016-06-12

2016-11-01

鐘國生，男，助理工程師，主要從事金屬材料化學分析研究。E-mail:87030518@qq.com

鐘國生.電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定鑄造鋁ADC12中硅[J].中國無機分析化學,2017,7(1):63-65. ZHONG Guosheng.Determination of Silicon in Die Casting Aluminum Alloy (ADC12) by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry,2017,7(1):63-65.

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2017)01-0063-03