電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定釩鋁、鉻鋁中間合金中鐵和硅

劉雷雷　朱 麗　周 凱　孫寶蓮

(西北有色金屬研究院，西安 710016)

本文引用格式：劉雷雷,朱麗,周凱,等. 電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定釩鋁、鉻鋁中間合金中鐵和硅[J].中國無機分析化學,2018,8(1):41-44.

LIU Leilei, ZHU Li, ZHOU Kai,et al. Determination of Iron and Silicon in Vanadium Aluminium and Chromium Aluminium Alloys by the Inductively Coupled Plasma-atomic Emission Spectrometry[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry, 2018,8(1):41-44.

前言

鈦合金在航空、航天、醫療等多個領域廣泛應用[1]，鈦合金熔煉時，使用純金屬直接添加往往因為熔點差異大，使得合金均勻化困難，此時引入中間合金解決該問題。而釩鋁中間合金、鉻鋁合金作為鈦合金生產的專用中間合金，因成本低、合金化均勻，目前已經廣泛應用[2]。鐵、硅作為釩鋁、鉻鋁中間合金中的微量雜質元素，是影響產品質量的重要指標[3]，會影響后續鈦合金的物理拉伸和疲勞等性能。

電感耦合等離子體原子發射光譜法具有靈敏度高、精密度好、多元素同時分析、分析效率高等優點[4-6]，可以解決以往采用分光光度法[7-8]測定釩鋁、鉻鋁中間合金中鐵、硅含量時需要分開測定、分析周期長的問題，為大規模快速生產提供保證。

1　實驗部分

1.1　主要儀器和工作條件

iCAP7000型全譜直讀電感耦合等離子體發射光譜儀(美國賽默飛世爾公司)。

ICP-AES工作條件：RF功率為1 150 W；霧化氣流量為0.7 L/min；輔助氣流量為0.5 L/min；泵速為50 r/min；積分時間為30 s；垂直觀測高度為15 mm。

1.2　試劑

鐵、硅標準儲備溶液(1 000 μg/mL，國家鋼鐵材料測試中心，鋼鐵研究總院)：用時稀釋成100 μg/mL的標準溶液。

鹽酸(優級純)；硝酸(優級純)。

實驗室用水為二級水。

1.3　實驗方法

1.3.1樣品制備與測定

稱取0.1 g試樣(精確至0.0001 g)，置于100 mL玻璃燒杯中，加入5.0 mL水、3.0 mL鹽酸和3.0 mL硝酸混勻，蓋上表面皿，電爐加熱溶解至樣品溶解完全。取下冷卻，用水吹洗表面皿及杯壁，用水定容于100 mL容量瓶中，混勻。隨同試樣做空白實驗。

1.3.2標準系列溶液的配制

移取0、0.10、0.50、1.00、3.00、5.00 mL鐵、硅標準溶液于一組100 mL容量瓶中，分別加入3.0 mL鹽酸和3.0 mL硝酸，用水稀釋至刻度，混勻，此時一系列標準溶液濃度分別是0、0.10、0.50、1.00、3.00、5.00 μg/mL。

1.3.3測定

將標準系列溶液和待測樣品溶液引入ICP-AES儀進行測定。

2　結果與討論

2.1　溶樣試劑的選擇

根據中間合金易溶解的性質，日常分析中，大多采用酸溶方式溶解試樣。酸溶法操作簡便，實驗發現鹽酸+硝酸或者硫酸+硝酸均可溶解樣品，考慮到硫酸對ICP-AES儀進液提升量的影響，而優級純的鹽酸、硝酸易獲得，不易污染，空白較低，因此選擇鹽酸+硝酸進行溶樣。在5個100 mL玻璃容量瓶中加入1.0 mL Fe、Si標準溶液(100 μg/mL)，后按表1加入不同體積的鹽硝混酸(VHCl∶VHNO3=1∶1)，測定在不同酸濃度時的Fe、Si強度值，以回收率表示(以不加酸時強度為100 %計)。表1結果表明：濃度(V/V)為10%以內的鹽硝混酸(1∶1)對鐵、硅的測定無影響。

表1　混合酸用量對測定的影響

2.2　波長與檢出限的確定

選擇譜線應盡量保證幾個條件：沒有光譜干擾或者光譜干擾小；靈敏度足夠高。通過多條譜圖對比發現Fe 259.940 nm、Si 185.067 nm兩條譜線符合要求，因此選擇其為測定譜線，并在(Fe 259.906 nm，Fe 259.976 nm)、(Si 185.043 nm，Si 185.093 nm)處扣除背景。統計試劑空白11次測定的標準偏差，以3倍空白標準偏差所對應的濃度作為檢出限，硅為0.05 μg/mL，鐵為0.005 μg/mL。

2.3　基體干擾

考察釩鋁、鉻鋁中間合金樣品元素組成，大量產品表明不同牌號的釩鋁中間合金中釩含量最大約85%、鋁約50%；鉻鋁中間合金則是鉻含量最大約75%、鋁約30%。在鐵、硅濃度為0.1 μg/mL和5.0 μg/mL 時，分別測定含有基體(加入最大含量金屬釩0.085 g和鋁0.05 g；加入最大含量金屬鉻0.075 g和鋁0.03 g)和不含基體的強度值，結果以回收率表示，其中以不加基體時強度值為100%計。結果如表2，基體對鐵、硅的強度值影響較小，可視為不干擾測定。

表2　基體對測定鐵、硅元素的影響

2.4　準確度及精密度實驗

對搜集的5個不同含鐵、硅量的中間合金樣品，采用擬定的分析方法獨立地進行11次鐵、硅量的測定，并進行加標回收實驗，同時與分光光度法測定結果進行對照，結果見表3、表4。

由表3和表4可知，樣品測定結果的相對標準偏差在0.83%～12.8%，精密度高。加標回收率為96.0%～104%，且與分光光度法測定結果一致。

表3　中間合金樣品中鐵分析結果

表4　中間合金樣品中硅分析結果

3　結語

采用電感耦合等離子體原子發射光譜法測定釩鋁、鉻鋁中間合金中鐵、硅量，方法準確度與精密度均能夠達到分析的要求。該方法適用于釩鋁、鉻鋁中間合金中鐵、硅量的測定，測定范圍0.01%～0.50%，方法的建立能進一步滿足分析測試日益高速、準確的要求，并為后續相似性質中間合金測定及其它雜質測定提供一定參考。

[1] 孫寶蓮,羅琳,王金磊,等.鉬藍分光光度法測定鉬鋁與釩鋁中間合金中的硅[J]. 分析試驗室(AnalysisLaboratory), 2015(4):457-461.

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[3] 成勇,敬守斌.電感耦合等離子體原子發射光譜法測定釩鋁中間合金中15種雜質元素[J]. 理化檢驗:化學分冊(PhysicalTestingandChemicalAnalysisPartB:ChemicalAnalysis),2013,49(1):44-47.

[4] 韓曉.電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定金屬鉻中Fe、Al、Si[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(3):62-64.

[5] 鐘國生.電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定ADC12中硅[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(1):63-65.

[6] 劉爽,葉曉英,楊春晟.電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定高純鋁中Fe、Cu、Mg、Zn、Ti[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(2):42-45.

[7] 中華人民共和國工業和信息化部.YS/T 1075.3-2015 釩鋁、鉬鋁中間合金化學分析方法 第3部分：硅量的測定 鉬藍分光光度法[S].北京: 中國標準出版社,2015.

[8] 田莉,韋艷琴,孔麗.利用比色法測定鋁合金中的鐵元素的分析[J]. 中國科技博覽(ChinaScienceandTechnologyReview), 2013(36):89-89.