電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定新型Al-Cu-Li 系合金中Cu、Li、Ag、Mg和Zr的含量

于英杰

(中國科學(xué)院金屬研究所，沈陽 110016)

前言

Al-Cu-Li系合金是一種新型的鋁鋰合金，由于具有低密度、高彈性模量、高比強(qiáng)度和高比模量等優(yōu)點(diǎn)，已在航空及航天工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用[1]。Li是最輕的金屬元素，將1%～2%的Li添加到鋁合金中，能有效降低鋁合金密度、提高模量；添加2%～4%的Cu能顯著提高合金的強(qiáng)度以及改善塑韌性；除此之外，在鋁合金中同時(shí)添加微量Mg和Ag，能顯著提高時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)；添加0.1%左右的Zr，能抑制合金再結(jié)晶并能細(xì)化晶粒，改善合金的強(qiáng)韌性[1-2]。準(zhǔn)確測(cè)定Al-Cu-Li系合金中Cu、Li、Ag、Mg和Zr的含量十分重要。

目前，報(bào)道的關(guān)于鋁鋰合金的成分分析方法主要有X射線熒光光譜法(XRF)[3]、火焰原子吸收光譜法(FAAS)[4]和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)[5-6]等。XRF法目前不能直接測(cè)定超輕元素，如Li；FAAS只適于單元素分析，而且測(cè)定不同元素時(shí)，必須更換光源燈，為分析工作帶來不便；ICP-AES法由于靈敏度高、基體干擾小、線性范圍廣，能同時(shí)測(cè)定多元素等優(yōu)點(diǎn)[7]，已廣泛用于鋁合金的測(cè)定。已有ICP-AES法測(cè)定鋁鋰合金中Li和Ag的報(bào)道，但未見同時(shí)測(cè)定Cu、Li、Ag、Mg和Zr的報(bào)道。采用鹽酸-硝酸混合酸溶樣，用過量鹽酸使AgCl沉淀形成溶解度較高的絡(luò)合物，用ICP-AES法同時(shí)測(cè)定了Al-Cu-Li合金中Cu、Li、Ag、Mg和Zr的含量，方法準(zhǔn)確，快捷，可滿足日常分析的需求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

iCAP6300型全譜直讀等離子體原子發(fā)射光譜儀(美國賽默飛世爾公司)。

Cu、Li、Ag、Mg和Zr標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(鋼鐵研究總院)：均為1 000 μg/mL，用時(shí)稀釋至所需濃度。

鋁基體溶液的配制(10.0 mg/mL)：稱取1.000 0 g純度大于99.99%的高純鋁于玻璃燒杯中，加20 mL鹽酸(1+1)，加幾滴硝酸低溫加熱至溶解，移入100 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。

硝酸和鹽酸為優(yōu)級(jí)純，實(shí)驗(yàn)用水為電阻率18.0 MΩ·cm的去離子水。

1.2 樣品處理

準(zhǔn)確稱取0.100 0 g試樣于100 mL玻璃燒杯中，加入30 mL鹽酸(1+1)和5 mL濃硝酸，待試樣全部溶解，將溶液轉(zhuǎn)移到100 mL玻璃容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線溶液配制

根據(jù)試樣中鋁基體的含量，移取4份適量的10.0 mg/mL高純鋁基體溶液，分別置于100 mL玻璃燒杯中，加入適量的Cu、Li、Ag、Mg和Zr標(biāo)準(zhǔn)溶液，見表1，加入30 mL鹽酸(1+1)和5 mL濃硝酸，稀釋至刻度。在選定的儀器分析條件下測(cè)定。

表1 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線溶液Table 1 Calibration curve solutions /%

2 結(jié)果與討論

2.1 溶樣方法

鋁合金的溶解，可以堿溶，也可以酸溶。堿溶主要采用氫氧化鈉溶解，酸化溶解氫氧化物不溶物，但采用ICP-AES法測(cè)定時(shí)，鈉離子的引入易堵塞霧化器以及產(chǎn)生離子化干擾等問題，因此應(yīng)盡量避免使用堿溶法。采用酸溶時(shí)，由于需要測(cè)定Al-Cu-Li合金中Ag的含量，而Ag與鹽酸易生成氯化銀沉淀，因此，應(yīng)注意酸的使用，避免生成AgCl沉淀而影響測(cè)定結(jié)果。溶解含銀鋁合金試樣可采用：1)30 mL鹽酸(1+1)+5 mL硝酸，過量鹽酸將AgCl沉淀絡(luò)合為溶解度較高的[AgCl2]-；2)硝酸+氫氟酸(V硝酸∶V氫氟酸=6∶1)混合酸溶解。針對(duì)以上兩種方法均進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用方法2)處理試樣測(cè)得的Ag結(jié)果偏低且穩(wěn)定性差，這個(gè)結(jié)果與文獻(xiàn)[5]報(bào)道的結(jié)果一致。因此，最終選擇30 mL鹽酸(1+1)+5 mL硝酸溶解試樣。

2.2 分析譜線的選擇

Al-Cu-Li合金中，Al為基體，Cu、Li、Ag、Mg和Zr為主要共存元素，根據(jù)各共存元素含量上限，配制單標(biāo)元素掃描溶液，在待測(cè)元素的儀器推薦譜線波長(zhǎng)處進(jìn)行掃描，將各譜線疊加，觀察譜線受干擾情況。從中選出不受干擾且信背比高，波動(dòng)小的譜線作為分析譜線，見表2。

表2 待測(cè)元素的分析線Table 2 Analytical lines of determined elements

2.3 鋁基體干擾

由于本方法的稱樣量為0.100 0 g，所以僅研究了0.100 0 g樣品中鋁基體含量(0.095 0 g)對(duì)各待測(cè)元素的影響。吸取適量的待測(cè)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液于2個(gè)100 mL玻璃容量瓶中，并分別加入0(作為高標(biāo))、0.095 0 g純鋁，加入30 mL鹽酸(1+1)和5 mL硝酸，用水稀釋至刻度，搖勻后進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表3。

表3 Al基體對(duì)Cu、Li、Ag和Mg測(cè)定的影響Table 3 Influence of Al matrix on Cu,Li,Ag and Mg(n=6)

由表3可知，950 μg/mL的Al對(duì)Li、Ag和Mg的測(cè)定存在干擾，因此，在配制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線時(shí)，需加入相應(yīng)量的基體進(jìn)行匹配以消除干擾。

2.4 方法線性范圍、相關(guān)系數(shù)和檢出限

在優(yōu)化的工作參數(shù)下，上機(jī)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線系列溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。測(cè)定空白溶液(STD 0)10次，以其結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為方法的檢出限。方法的線性范圍、相關(guān)系數(shù)和檢出限列于表4。由表4可知，Cu、Li、Ag、Mg和Zr的線性相關(guān)系數(shù)R>0.999，檢出限均小于0.01 μg/mL。

表4 線性范圍、相關(guān)系數(shù)及檢出限Table 4 Linear range, linear correlation coefficients and detection limits

2.5 方法的加標(biāo)回收率和精密度實(shí)驗(yàn)

按實(shí)驗(yàn)方法對(duì)Al-Cu-Li合金樣品進(jìn)行6次平行測(cè)定，并進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，加標(biāo)回收率在94%～106%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2%，結(jié)果見表5。

3 樣品分析

選取2195#-E3101鋁鋰合金光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品(西南鋁業(yè)有限責(zé)任公司)，取屑，按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表6。由表6知，本法測(cè)得結(jié)果與認(rèn)定值基本吻合。

表5 加標(biāo)回收率和精密度實(shí)驗(yàn)Table 5 Recovery and precision(n=6) /%

表6 標(biāo)準(zhǔn)樣品分析結(jié)果對(duì)照Table 6 Comparison of test results of reference sample(n=6)

4 結(jié)論

通過對(duì)試樣的溶解、基體以及共存元素干擾等的研究，建立了ICP-AES法測(cè)定Al-Cu-Li 系合金中Cu、Li、Ag、Mg和Zr元素含量的方法。該方法可實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測(cè)定，準(zhǔn)確可靠，快速簡(jiǎn)便，能滿足日常分析測(cè)定需求。

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