ICP-AES測定GW63K高強耐熱鎂合金中釓、釔的含量

武 靜，何 莎，張 媛，孫煦茹，馬 琳，張 影

（首都航天機械有限公司，北京 100076）

我國擁有豐富的鎂及稀土資源，在研究、開發和生產稀土鎂合金方面有著獨特優勢[1]。稀土鎂合金作為一種輕質材料，除了具有高的比強度和比剛度，很好的阻尼性能以及優良的切削加工性能，還具有耐高溫和高強度等特點[2-3]，在航空航天、汽車工業、電子通信等領域有著巨大的需求。其中高強耐熱鎂合金GW63K因其高強、耐熱、低密度應用于導彈型號的研發生產中。傳統濕法分析草酸鹽法[4]步驟煩瑣、周期長，且只能得到稀土元素總量。ICP-AES法與傳統濕法分析相比具有快速、穩定性好、準確度高等特點，已應用于稀土元素的分析，已有報道對鎂合金中釓的含量測定[2-3]，但對釓、釔的同時測定鮮有報道。本文采用ICP-AES法同時測定GW63K合金中釓、釔元素含量，并對方法的準確度和精密度等進行實驗。

1 實驗部分

1.1 儀器

電感耦合等離子體原子發射光譜儀：iCAP 6300型，美國Thermo Scientific公司，配中階體光柵石英棱鏡交叉二維分光系統，電荷注入式固體檢測器（CID），波長為166～847nm，石英同心霧化器，旋流霧室，三通道蠕動泵。

分析天平：型號為MS204S，量程為0～220g，精度為0.1mg。

超純水器：北京普析通用儀器有限責任公司。

1.2 試劑

鹽酸、過氧化氫：分析純。

釓標準儲備溶液：1 000μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心，介質為10%HCl。

釔標準儲備溶液：1 000μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心，介質為10%HCl。

鎂合金標準樣品：MB15，冶金工業部情報標準研究所。

1.3 樣品處理

準確稱取0.100 0g（精確至0.000 1g）樣品于100mL鋼鐵量瓶中，加20mL稀鹽酸（1+1）于電加熱板上加熱溶解，樣品溶解后，稍冷卻滴加1mL過氧化氫助溶，后繼續加熱煮沸至氣泡消失，冷卻后加水稀釋到刻度。

1.4 標準溶液配制

空白溶液：100mL鋼鐵量瓶加20mL稀鹽酸（1+1），隨同樣品平行處理。

高標溶液：稱取0.100 0g（精確至0.000 1g）標樣MB15于100mL鋼鐵量瓶中，與樣品溶解方法一致，溶解后，加入不同體積的釓、釔標準溶液，稀釋至刻度搖勻，配制標準溶液系列，見表1。

表1 標準溶液中各元素質量分數（%）

2 結果與討論

2.1 工作條件的選擇

在ICP-AES分析中，RF功率、霧化氣流量等工作條件是影響分析信號的關鍵因素。通常情況下，增大高頻功率使譜線增強，背景也增大；降低功率可獲得較大的信背比，但基體影響嚴重[2]，因此選取功率1 150W為測試條件。同時綜合考慮釓、釔譜線強度，確定霧化氣流量0.60L/min，輔助氣流量1.0L/min，垂直觀測高度12.0mm工作條件，信背比良好。

2.2 干擾實驗

基體干擾：高濃度的基體元素對分析元素的信號有著抑制或增強效果。研究發現，等量的純鎂和鎂合金基體干擾完全一致，所以可以選擇不含釓、釔的鎂合金標樣作為基體。本方法中選用不含釓、釔的鎂標準樣品MB15做基體，進行了基體匹配，消除了基體干擾的影響[5]。

試劑干擾：鹽酸、硝酸等無機酸的引入改變了溶液的鹽度、黏度、表面張力及離子流的提升率，同時隨著酸濃度的增加，譜線強度降低[6]。本方法選用20mL稀鹽酸（1+1）進行樣品溶解和標準溶液的配制，減少離子的引入，消除了試劑的干擾。

2.3 分析線的選擇

ICP放電具有較強的激發和電離能力，因而具有較豐富的原子譜線和離子譜線，一般分析線選靈敏度高、共存元素干擾小的譜線。由于材料中釓、釔含量較高，在檢測中主要考慮元素之間的干擾，而不是靈敏度。分別考察了釓分析線310.050、335.047、335.862、336.223、342.274、364.619nm和釔分析線224.306、242.220、319.562、320.332、324.228、360.073、362.094、371.030、377.433、437.494nm的相對強度和干擾。結果顯示譜線釓335.047nm、釔371.030nm譜峰對稱穩定、左右背景平坦、干擾少，選作分析譜線。

2.4 校準曲線和檢測限

在上述儀器工作條件下測定標準溶液，以待測元素含量為橫坐標，發射強度為縱坐標，繪制校準曲線，呈線性，線性相關系數均≥0.999 8，見表2。同時對空白溶液連續測定11次，其3倍標準偏差為元素的檢出限，10倍標準偏差為元素的檢定下限。測得Gd元素的線性相關系數為0.999 9，檢出限為0.009μg/mL，檢定下限為0.030μg/mL。Y元素的線性相關系數為0.999 8，檢出限為0.003μg/mL，檢定下限為0.010μg/mL。

表2 線性范圍、線性相關系數、檢出限、檢定下限

2.5 精密度和加標回收實驗

由于沒有含釓、釔元素的鎂合金標準樣品，通過加標回收率實驗驗證該方法的準確度。選取兩個含釓、釔元素的鎂合金樣品，分別加入不同量的釓、釔標準溶液，按上述方法單獨測定。同時對GW63K鎂合金樣品重復測定11次，計算其相對標準偏差，見表3。

表3 精密度和回收率實驗

結果顯示，釓、釔元素的加標回收回收率在95%～112%，精密度實驗結果較好，RSD為0.94%～2.26%，滿足實驗要求。

3 結論

本方法采用ICP-AES法測定GW63K鎂合金中釓、釔元素含量，用稀鹽酸溶解樣品，通過基體匹配消除基體干擾。在測定范圍內線性相關系數均≥0.999 8，加標回收率為95%～112%，測定值的RSD（n=11）為0.94%～2.26%，該方法準確度和精密度令人滿意，且檢測穩定、快速、簡便，可滿足日常分析及科研生產需要。