電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定TB9鈦合金中微量Si

郭莉莉　那 鐸

(中國科學(xué)院金屬研究所，沈陽 110016)

本文引用格式：郭莉莉,那鐸. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定TB9鈦合金中微量Si[J].中國無機分析化學(xué),2018,8(1):50-52.

GUO Lili, NA Duo. Determination of Trace Silicon in TB9 Titanium Alloy by Inductively Coupled Plasma-atomic Emission Spectrometry[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry, 2018,8(1):50-52.

前言

TB9鈦合金是一種亞穩(wěn)β鈦合金，名義成分Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr，具有密度低，強度高，耐蝕，冷加工和抗疲勞性能優(yōu)異等特點，常被用來制造彈簧、石油氣管路控制裝置和各類緊固件,在汽車工業(yè)和航空航天領(lǐng)域中也得到廣泛應(yīng)用[1-3]。雜質(zhì)元素會降低鈦合金的蠕變抗力，降低塑性，使加工性能惡化，因此除了要求對合金元素含量嚴(yán)格控制外，雜質(zhì)元素含量也要嚴(yán)格控制[4-5]。

電感耦合等離子體光譜分析具有測定靈敏度高，分析速度快，可多元素同時測定，標(biāo)準(zhǔn)曲線動態(tài)線性范圍寬等優(yōu)點[6-8]，所以在鈦合金材料元素分析中應(yīng)用廣泛，但TB9中雜質(zhì)元素Si的測定未見報道。本文研究了可用的從Si 185.067 nm到Si 288.158 nm的8條分析線，總結(jié)了每條分析線共存元素的光譜干擾情況，在所有分析線都存在不同程度干擾的情況下，確定了干擾最少且干擾較弱的最佳分析譜線[9-14]。采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，并以試劑空白中加定量干擾元素為空白溶液的方法來消除干擾，可以準(zhǔn)確測定TB9中微量Si。方法檢出限0.04 μg/mL。針對實際試樣進(jìn)行了加標(biāo)回收及精密度實驗，加標(biāo)回收率在100%～105%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=8)小于2.0%。

1　實驗方法

1.1　儀器及工作條件

iCAP6300型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(美國賽默飛世爾公司)，RF功率1 150 W，輔助氣流量0.5 L/min，霧化器氣體流量0.70 L/min，驅(qū)氣氣體流量為一般，采用耐HF酸霧化器。元素Si分析譜線為Si 288.158 nm。

1.2　標(biāo)準(zhǔn)溶液及試劑

Al、Cr、V、Zr、Mo、Si標(biāo)準(zhǔn)儲備液(1 000 μg/mL，均購自鋼鐵研究總院)。

Ti標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 mg/mL)：由純度不小于99.99%的金屬Ti經(jīng)氫氟酸、硝酸溶解制得。

硝酸、氫氟酸均為MOS級試劑，實驗用水為電阻率18.2 MΩ·cm的超純水。

1.3　實驗方法

1.3.1試樣處理及標(biāo)準(zhǔn)加入曲線溶液的配制

準(zhǔn)確稱取五份TB9鈦合金試樣0.100 0 g于50 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入10 mL超純水，2 mL氫氟酸，1 mL硝酸，室溫下緩慢溶解。經(jīng)測量，在此條件下試樣反應(yīng)放熱溫度為40 ℃左右，遠(yuǎn)低于SiF4揮發(fā)溫度。試樣溶解完全后，移入50 mL塑料容量瓶中，在其中三份溶液中分別加入0.2、0.4 、0.6 mL Si標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容，搖勻。再另取一個50 mL塑料容量瓶，加入與溶解試樣同樣的試劑，再加入8 mL V標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容，搖勻。

1.3.2測定

按選定的儀器工作參數(shù)，以試劑加入V(0.16 mg/mL)為空白，按標(biāo)準(zhǔn)加入法依次測定上述溶液,繪制出標(biāo)準(zhǔn)加入曲線。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)加入曲線直接測定出試樣中Si的含量。

2　結(jié)果與討論

2.1　共存元素的干擾及分析線的選擇

由于光譜儀工作的波長范圍內(nèi)約有數(shù)十萬條光譜線，經(jīng)常會出現(xiàn)不同程度的譜線重疊干擾,單根據(jù)一幅樣品溶液的譜圖無法得知峰譜下光譜背景的真實情況[6]。因此將儀器可用的 Si較靈敏的8條分析線逐一分析，用Ti(1.5 mg/mL)基體及共存元素Al(0.08 mg/mL)、Cr(0.12 mg/mL)、V(0.16 mg/mL)、Mo(0.08 mg/mL)、Zr(0.08 mg/mL)的單標(biāo)溶液對這8條分析線逐一掃描，得到基體及共存元素對Si的光譜干擾情況: Si 185.067 nm處有Ti、Mo、V的干擾，均較弱，但Ti作為基體元素在所選定的實驗條件下可產(chǎn)生Si量約0.01%；Si 198.898 nm處有Mo和V的干擾，且Mo的干擾很強；Si 212.412 nm處有Mo、Cr、V的干擾，其中Mo的干擾很強，Cr、V干擾較弱；Si 221.667 nm處有Cr、Al、Mo的干擾；Si 250.690 nm處有Mo、Ti、V、Cr四種元素的干擾；Si 251.6 11 nm處有Mo、Ti的干擾，Mo干擾強，Ti干擾弱；Si 252.851 nm處有V和Zr的干擾，V的干擾非常強，Zr的干擾很弱；Si 288.158 nm在Si的光譜峰位置處只有V的光譜重疊干擾，且較弱，如圖1所示。綜上，只有Si 288.158 nm處基體干擾單一且較弱，所以實驗選用Si 288.158 nm線為最佳分析譜線。

圖1　Si 288.158 nm處光譜圖Figure 1　Spectra profile under Si 288.158 nm.

2.2　光譜干擾的校正

TB9合金是成熟鈦合金，其合金成分固定，所以對于V光譜干擾的校正，采用在試劑空白中加入定量V來扣除試樣中V的干擾。TB9合金中V含量8%，雖然含量較高，但在Si 288.158 nm分析線處產(chǎn)生的光譜疊加干擾較弱，在實驗條件下，V(0.16 mg/mL)在Si 288.158 nm線產(chǎn)生的Si量為0.016%。采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，標(biāo)準(zhǔn)加標(biāo)系列同時扣除試劑空白值和V產(chǎn)生的光譜疊加增量，可以準(zhǔn)確校正試樣基體光譜干擾。

2.3　分析方法的選擇

TB9鈦合金中合金元素多，基體較復(fù)雜，為更好地抑制基體影響，且減少配制打底溶液過程中帶入的待測雜質(zhì)量，實驗選用在樣品中直接加標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)加入法來測定；而且對低含量的樣品，使用標(biāo)準(zhǔn)加入法可以改善測定的準(zhǔn)確度。

2.4　標(biāo)準(zhǔn)加入曲線相關(guān)系數(shù)及方法檢出限

在選定的儀器工作條件下，對系列樣品中梯度加標(biāo)的溶液進(jìn)行測定，并扣除加入V(0.16 mg/mL)的試劑空白值，得到標(biāo)準(zhǔn)加入曲線的線性相關(guān)系數(shù)為0.999 9，能夠滿足定量分析的要求。

按TB9合金成分配制不含Si的基體溶液，以Si 288.158 nm為分析線，對此基體溶液重復(fù)測定11次，取其3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對應(yīng)的濃度值作為方法的檢出限，得出該方法的檢出限為0.04 μg/mL。

2.5　準(zhǔn)確度和精密度實驗

按所確定的儀器工作參數(shù)和實驗方法，針對兩組TB9樣品做加標(biāo)回收和精密度實驗(n=8)，結(jié)果如表1所示。從準(zhǔn)確度和精密度的結(jié)果可以看出，用所研究的ICP-AES法測定TB9鈦合金中的微量Si可以得到滿意的準(zhǔn)確度和精密度結(jié)果。

表1　加標(biāo)回收和精密度實驗結(jié)果

3　結(jié)論

逐一分析TB9合金元素對微量Si的光譜干擾并詳細(xì)列出，確定了干擾最少且干擾較弱的最佳分析線Si 288.158 nm。采用在試劑空白溶液中加入定量V的標(biāo)準(zhǔn)加入法扣除基體干擾，可以實現(xiàn)TB9鈦合金中雜質(zhì)Si的準(zhǔn)確快速的測定。列出的Ti、V、Mo、Al、Zr、Cr對Si的光譜干擾情況對其它合金中微量Si的分析同樣有參考價值。

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