ICP-AES法測定鈣鋁合金中鐵、鋅、錳、鑭元素含量

趙建峰

（國家鎂及鎂合金產品質量監督檢驗中心，河南 鶴壁 458030）

鈣鋁合金一般為含鈣70%~75%，含鋁25%~30%，含鈣80%~85%和含鋁15%~20%和含鋁70%~75%含鈣25%~30%。鈣鋁合金廣泛應用于鉛酸電池正極板柵的生產，同時用于鋁、鈣復合脫氧以降低鋼中氧含量，還可以改善非金屬雜質物。

隨著鈣鋁合金應用，鈣鋁合金需求企業對鈣鋁要求越來越高，截至目前，還未有鈣鋁合金雜質元素檢測方法。因此，針對鈣鋁合金合金的廣泛應用，需要一種雜質元素的檢測方法，確定鈣鋁合金中元素含量。

電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)是以電感耦合等離子矩為激發光源的光譜分析方法，具有準確度高和精密度高、檢出限低、測定快速、線性范圍寬、可同時測定多種元素等優點。經查，目前有電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鎂合金、鋁合金中元素含量的方法，標準分別為GB/T13748.20-2009[1]、GB/T20975.20-2008[2]，因此本方法通過電感耦合等離子體原子發射光譜法對鈣鋁合金中元素含量進行研究。

1 實驗部分

1.1 儀器

ICAP6300型ICP-AES(美國Thermofisher公司)。

分析天平：精確至0.0001g，梅特勒-托利多。

移液槍：梅特勒-托利多。

1.2 試劑及標準貯存溶液

鹽酸、硝酸、過氧化氫（30%）、碳酸鈣基體：優級純；實驗用水：實驗室一級用水；

鐵、鋅、錳、鑭元素標準溶液：規格50mL/瓶，濃度1000μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

將1000μg/mL標準溶液進行稀釋，得100μg/mL標準溶液。

1.3 樣品溶解

（1）當元素的質量分數為0.001%～0.5%時，稱取1.0000g（精確至0.0001g）樣品于250mL燒杯中，先加入15mL鹽酸（1+1），再加入5mL硝酸（1+1）進行完全溶解，放置加熱板后加入滴入若干滴過氧化氫，等氣泡消完全失后，取下燒杯冷卻至室溫，定容至100mL容量瓶中。

（2）當元素的質量分數為>0.10% ～0.5%時，稱取0.5g（精確至0.0001g）于250mL燒杯中，先加入15mL鹽酸（1+1），再加入5mL硝酸（1+1）進行完全溶解，放置加熱板后加入滴入若干滴過氧化氫，等氣泡消完全失后，取下燒杯冷卻至室溫，定容至100mL容量瓶中。

（3）當元素的質量分數為>1.0% ～20%時，稱取0.25g（精確至0.0001g）于250mL燒杯中，定容至500mL容量瓶中，然后分取5mL，定容至100mL容量瓶中，作為測試溶液。

1.4 工作曲線繪制

（1）當元素的質量分數為0.001%～0.010%時，稱取1.0g碳酸鈣（1.2），按1.3方式溶解后，轉移至6個100mL容量瓶，再分別加入0、0.10mL、0.30mL、0.50mL、0.80mL、1.00mL濃度為100μg/mL標準溶液，以水稀釋至刻度，混勻。此系列標準溶液中各含待測元素0、0.1μg/mL、0.3μg/mL、0.5μg/mL、0.8μg/mL、1.0μg/mL。

（2）當元素的質量分數為0.01%～0.1%時，稱取1.0g碳酸鈣（1.2），按1.3方式溶解后，轉移至6個100mL容量瓶，再分別 加 入0、1.00mL、2.00mL、4.00mL、7.00mL、10.00mL濃 度 為100μg/mL標準溶液，以水稀釋至刻度，混勻。此系列標準溶液中各含待測元素0、1.0μg/mL、2.0μg/mL、4.0μg/mL、7.0μg/mL、10.0μg/mL。

（3）當元素的質量分數為>0.10% ～0.5%時，稱取0.5g碳酸鈣（1.2），按1.3方式溶解后，轉移至6個100mL容量瓶，再分 別 加 入0、0.50mL、1.00mL、1.50mL、3.50mL、5.00mL濃 度為1000μg/mL待測元素標準溶液（1.2），以水稀釋至刻度，混勻。此系列標準溶液中各含待測元素0、5.0μg/mL、10.0μg/mL、15.0μg/mL、35.0μg/mL、50.0μg/mL。

（4）將標準系列溶液在選定好的儀器操作條件下，引入等離子體光譜儀中，測定系列工作曲線的強度，根據光強度和濃度的關系計算機自動繪制工作曲線。當工作曲線的線性相關系數應≥0.9995時，測定試樣溶液中待測元素的發射強度，根據工作曲線計算機自動給出試樣溶液中待測元素的質量濃度。

表3 精密度試驗

2 結果與討論

2.1 工作條件的選擇

一般情況下，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[3，4]。以0.50μg/mL的待測元素溶液為考察對象。通過固定其它條件不變，改變其中一項條件進行試驗，分別考察不同的發射功率、蠕動泵泵速、霧化氣流量、護套氣流量、冷卻氣流量對鐵、鋅、錳、鑭元素溶液發射強度及穩定性的影響，最終確定儀器最佳的工作參數為：功率1150W、等離子氣流量15L/min、霧化氣流量0.7L/min、輔助氣流量0.5L/min、垂直觀測高度15mm。

2.2 分析譜線的選擇

選擇峰形對稱、背景低、光譜干擾相對較小、靈敏度相對較高的譜線，作為分析譜線。實驗結果表明，鐵、鋅、錳、鑭元素分別在259.940nm、213.856nm、257.610nm、408.672nm譜線下干擾相對較小、靈敏度相對較高，因此選其作為鐵、鋅、錳、鑭的分析線。

2.3 方法檢出限的測定

用電感耦合等離子體發射光譜儀，于推薦的分析譜線處，對含有5mg/mL碳酸鈣基體且不含鐵、鋅、錳、鑭元素的空白溶液(即標準空白)進行11次連續測定，計算其信號強度的標準偏差，以3倍標準偏差所對應的濃度作為本方法的檢出限，以10倍標準偏差所對應的濃度除以溶液基體濃度作為測定下線，結合試液濃度5mg/mL，計算測定下限(以10倍標準偏差所對應的濃度除以溶液基體濃度)，見表1。

表1 方法檢出限

由表1可知，鐵、鋅、錳、鑭測定下限為0.00015%、0.00013、0.00009、0.00096，均低于本方法的測定下限0.001%，能滿足檢測要求。

2.4 方法準確度試驗

為考察方法的準確度，在鈣鋁合金樣品中加入不同量的鐵、鋅、錳、鑭元素，按選定的分析步驟進行加標回收試驗，結果見表2。

表2 加標回收試驗

由表2可知，鐵、鋅、錳、鑭回收率在96%～105%之間，能滿足檢測要求。

2.5 方法精密度試驗

按照選定的分析步驟，對1個鈣鋁合金樣品中鐵、鋅、錳、鑭四種元素進行11次獨立測定，計算平均值、標準偏差和相對標準偏差（RSD），結果見表3。

由表3可知，鐵、鋅、錳、鑭相對標準偏差（RSD）在0.68%～5.36%之間，能滿足檢測要求。

3 結論

在259.940nm、213.856nm、257.610nm、408.672nm譜 線 下分別測定鐵、鋅、錳、鑭元素含量。結果表明：鐵、鋅、錳、鑭檢 測 方 法 的 檢 出 限 分 別 為0.0018μg·mL-1、00020μg·mL-1、0.0014μg·mL-1、0.0144μg·mL-1，測 定 下 限 為0.00015%、0.00013%、0.00009%、0.00096%，均低于方法的測定下限0.001%，鐵、鋅、錳、鑭回收率在96%～105%之間鐵、鋅、錳、鑭相對標準偏差（RSD）在0.68%～5.36%之間，均能滿足檢測要求。