兩種原子發射光譜法測定鋁合金中高含量銀的方法比較

(廣西南南鋁加工有限公司,南寧 530031)

鋁合金由于具有密度低、比強度高、耐腐蝕性能好等優點而被廣泛應用于汽車、軌道交通、船舶、建筑以及航空航天等行業。鋁合金的熱穩定性是一項很重要的指標,尤其對于航空航天業,可在鋁合金中添加銀來改善鋁合金的熱穩定性(如Al-Cu-Mg-Ag合金)。Al-Cu-Mg-Ag合金是一種以Ω 相為主要強化相的新型中溫高強耐熱鋁合金,其中添加的銀能增強此類鋁合金在200～250 ℃溫度下的抗強化相粗化能力,從而使其成為具有較高的沉淀硬化能力和熱穩定性的航空結構材料,而銀的添加量會影響該合金的組織和性能[1-4],因此,準確測定鋁合金中銀的含量顯得尤為重要。

測定鋁合金化學成分的標準方法有光電直讀發射光譜法[5-6]和電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)[7],但測定元素不包括銀。文獻中報道的測定鋁合金中銀含量的方法主要有ICPAES[8-9]、電位滴定法[10]及火焰原子吸收光譜法[11]等。ICP-AES是一種仲裁方法,但其檢測時間較長(3 h),不適合生產樣品的快速分析,而光電直讀發射光譜法具有檢測速率快、準確、可多元素同時分析等特點,可用于生產樣品的快速分析,但未見有該法用于鋁合金中高含量銀測定的報道。

因此,本工作采用這兩種方法測定了鋁合金中的高含量銀,并對這兩種方法進行了比較,以期為鋁合金生產樣品中銀含量的測定及相關標準的制定提供技術參考。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

MAXx型光電直讀發射光譜儀;iCAP 6300型電感耦合等離子體原子發射光譜儀;CDS 6132型車床;BSA124S-CW 型電子天平。

1 000 mg·L－1銀標準溶液(GSB G62039－90):介質為5%(體積分數,下同)硝酸溶液,擴展不確定度U(k＝2)為4 mg·L－1。

銀標準溶液:100.00,10.00,1.00 mg·L－1,使用移液管吸取1 000 mg·L－1銀標準溶液10.00,1.00,0.10 mL 至100 mL 容量瓶中,用5%硝酸溶液稀釋至刻度,搖勻,得到100.00,10.00,1.00 mg·L－1的銀標準溶液。

基質匹配銀標準溶液系列:分別取1.00 mg·L－1銀標準溶液0,10.00 mL,10.00 mg·L－1銀標準溶液10.00 mL,100.00 mg·L－1銀標準溶液5.00,10.00,20.00 mL 于6個100 mL 容量瓶中,各加入80 mL鋁基質溶液(由高純鋁絲制備),用水稀釋至刻度,配制成0,0.10,1.00,5.00,10.00,20.00 mg·L－1的基質匹配銀標準溶液系列。

鋁合金光譜標準樣品:214/02,銀的認定值為0.95%±0.03%;ALCAN 596-1,銀的認定值為0.59%,標準偏差為0.01%。

高純鋁絲純度為99.999%;117/02純鋁光譜標準物質,銀的認定值為0.000 3%±0.000 1%;氬氣純度為99.999%;氫氧化鈉、硝酸均為優級純;乙醇為分析純;試驗用水為去離子水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 光電直讀發射光譜法

氬氣輸入壓力0.6 MPa;光源激發參數:沖洗時間3 s,預燃時間3 s,電弧時間3 s;高強度設定值2.00%。

1.2.2 ICP-AES

射頻功率1 150 W;垂直觀測高度12.0 mm;輔助氣流量0.5 L·min－1,霧化器氣流量0.5 L·min－1;沖洗泵轉速100 r·min－1,分析泵轉速50 r·min－1,分析泵穩定時間5 s;背景扣除方式為自動扣除;銀檢測波長328.068 nm。

1.3 試驗方法

1.3.1 試樣的加工

使用車床車去原始塊狀樣品表面約1 mm 厚度的部分,過程中用乙醇進行冷卻潤滑,并將最后一刀車去的鋁屑收集起來用于ICP-AES分析。得到的光潔、平滑的塊狀試樣用光電直讀發射光譜法分析。用同樣的方法處理鋁合金光譜標準樣品214/02和ALCAN 596-1。

1.3.2 試樣的測試

1)光電直讀發射光譜法 按照1.2.1節條件測定處理好的塊狀樣品中銀含量。

2)ICP-AES 稱取屑狀試樣0.20 g于250 mL聚四氟乙烯燒杯中,加少量水潤濕,加入200 g·L－1氫氧化鈉溶液6 mL,待劇烈反應停止后置于電熱板上,300 ℃下加熱,邊加熱邊搖晃燒杯,待無明顯反應后取下燒杯,稍冷,加入50%(體積分數)硝酸溶液25 mL,搖勻,繼續置于300 ℃電熱板上加熱,待溶液澄清后,取下冷卻,用水定容至500 mL。用同樣的方法溶解0.235 g高純鋁絲、鋁合金光譜標準樣品214/02。按照1.2.2節條件測定其中銀含量。

2 結果與討論

2.1 光電直讀發射光譜法分析條件的優化

由于用光電直讀發射光譜儀默認的2個分析條件Ag 2 328.068和Ag 3 328.068中的“高強度設定值”分別為1.00%和0.1%,而實際樣品中銀含量高于1.00%,且214/02標準樣品的認定值(0.95%)也接近于設定值。為保證測定結果的準確度,在分析樣品或214/02標準樣品時,應根據待測樣品的測定上限,將分析條件Ag 2 328.068中的“高強度設定值”設置在合理的區間內,而本試驗設置的“高強度設定值”為2.00%。

2.2 ICP-AES檢測波長的優化

在可選擇銀的檢測波長224.641,243.779,328.068,338.289 nm 下,對基質匹配銀標準溶液系列進行測定,結果顯示,328.068 nm 處的靈敏度和信號強度均較好,因此試驗選擇銀的檢測波長為328.068 nm。

2.3 標準曲線和檢出限

以儀器自帶的二次擬合曲線進行光電直讀發射光譜法測定。按照1.2.2 節條件對基質匹配銀標準溶液系列進行測定,以質量濃度為橫坐標,其對應的響應強度為縱坐標繪制ICP-AES的標準曲線。光電直讀發射光譜法和ICP-AES 的線性參數見表1。按照試驗方法連續分析11次純鋁光譜標準物質和鋁基質空白溶液,以3倍標準偏差(s)計算光電直讀發射光譜法和ICP-AES的檢出限(3s),所得檢出限結果見表1。

表1 兩種方法的線性參數及檢出限Tab.1 Linearity parameters and detection limits of the 2 methods

2.4 準確度和精密度試驗

2.4.1 光電直讀發射光譜法

按照試驗方法分析鋁合金光譜標準樣品ALCAN 596-1 和214/02,得到銀的質量分數分別為0.59%,0.95%,與認定值相同,說明本方法的準確度較高。

按照試驗方法分析1 個生產樣品,平行測定11次,所得測定值的相對標準偏差(RSD)為1.5%。

2.4.2 ICP-AES

按照試驗方法對鋁合金光譜標準樣品214/02分析3次,得到銀的質量分數為0.95%,與認定值相同,說明本方法準確可靠。

按照試驗方法分析1 個生產樣品,平行測定11次,所得測定值的RSD 為1.2%。

2.5 樣品分析

按照試驗方法分析2個實際樣品,光電直讀發射光譜法和ICP-AES 所得銀含量的測定結果見表2。

表2 樣品分析結果Tab.2 Analytical results of samples%

由表2可知,兩種方法得到的樣品分析結果基本一致。

本工作采用光電直讀發射光譜法和ICP-AES等兩種方法測定了鋁合金樣品中的銀含量,兩種方法的測定值基本一致,且準確度和精密度均較好。相比ICP-AES,光電直讀發射光譜法操作更簡單、檢測時間更短(10 min內)和成本更低,更能滿足熔鑄生產時快速檢測和及時調整化學成分的需要,具有較高的應用推廣價值,可供鋁加工企業以及相關檢測和研究機構參考。