鈦合金中Cr、Fe、Si元素含量的ICP-OES分析

王翠翠，劉玉龍，王 燕，梁永濤

(中信重工機(jī)械股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

鈦合金強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高。主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。其中的化學(xué)成分Cr、Fe、Si等元素的檢測(cè)手段也在不斷提高。近幾年來(lái)，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(簡(jiǎn)稱(chēng) ICP-AES)具有線性范圍寬、檢測(cè)限低、精密度高、基體效應(yīng)小、干擾少且易于排除，可進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，已成為冶金行業(yè)中不可缺少的重要分析手段。

本文通過(guò)用硫酸、硝酸對(duì)樣品進(jìn)行溶解，優(yōu)化儀器條件、選定最佳測(cè)定波長(zhǎng)，選擇合適的譜線，對(duì)鈦合金中Cr、Fe、Si元素進(jìn)行同時(shí)測(cè)定，測(cè)定結(jié)果滿(mǎn)意。

1 儀器與試劑

1.1 儀 器

先行者CP114電子天平，奧豪斯儀器(上海)有限公司；Varian-OES 725光電藕合等離子體發(fā)射光譜儀，美國(guó)瓦里安儀器公司。

1.2 試 劑

濃硝酸(HNO3)，市售；濃硫酸(H2SO4)，市售;1+1硫酸(H2SO4)：先將1份水加入500 mL的燒杯中，在緩慢加入一份硫酸，邊加邊攪拌;鈦粉(質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.95%);鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000 μg/mL);鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL);硅標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)。

2 分析方法

2.1 樣品制備

稱(chēng)取被測(cè)樣品0.1000 g，放入50 mL的鋼鐵兩用瓶中，加入1+1硫酸10 mL，在低溫電爐上加熱熔解，待劇烈反應(yīng)結(jié)束后，滴加濃硝酸至紫色褪去，煮沸除去氮氧化物，取下冷卻，用蒸餾水稀釋到定容刻度，搖勻備用。

2.2 儀器測(cè)量條件

功率：1.00 kW;等離子氣流量：15.0 L/min;輔助氣流量：15.0 L/min;霧化器壓力：220 kPa;觀測(cè)高度：11 mm;讀數(shù)時(shí)間：3.00 s/次;讀數(shù)次數(shù)：3次;儀器穩(wěn)定時(shí)間：10 s/次;各元素分析譜線波長(zhǎng)/nm：Cr 206.158，F(xiàn)e 234.350，Si 185.005。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線系列Table 1 Standard curve series

稱(chēng)取鈦粉0.1000 g 6份與50 mL的容量瓶中，用2.1樣品制備方法制備，按照表1加入量添加標(biāo)準(zhǔn)溶液Cr、Fe、Si。用標(biāo)準(zhǔn)溶液系列在光電藕和等離子體發(fā)射光譜儀(型號(hào)Varian-OES 725)上，在2.2儀器測(cè)量條件下，利用儀器自身軟件繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

表2 工作曲線參數(shù)表Table 2 Working curve parameters

2.4 被測(cè)樣品分析

按照2.1制備好的待分析樣品，在2.3中所建立的分析程序中，對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行分析檢測(cè)。

3 結(jié)果與討論

3.1 樣品制備條件選擇

對(duì)于鈦合金試樣用硫酸溶解效果較好，而對(duì)于本試驗(yàn)室ICP型號(hào)而言：硫酸粘度大，霧化效果不理想。分別用硫酸+水：2+1、1+1、1+2 溶解試樣，發(fā)現(xiàn)用1+1的硫酸溶解試樣，速度快、無(wú)殘?jiān)贗CP-OES上測(cè)定結(jié)果良好。

3.2 儀器工作條件選擇

化學(xué)分析準(zhǔn)確度的大小與條件的選擇密切相關(guān)，條件選擇得當(dāng)，分析結(jié)果就會(huì)十分準(zhǔn)確。在ICP發(fā)射光譜中，有幾個(gè)主要分析參數(shù)影響分析性能，它們主要是：高頻功率、霧化器壓力、觀測(cè)高度、讀數(shù)時(shí)間、各元素分析譜線波長(zhǎng)等，直接影響元素分析的準(zhǔn)確度和精密度。其中高頻功率、霧化器壓力、觀測(cè)高度和讀數(shù)時(shí)間的選擇都是以信背比來(lái)衡量的。

3.2.1 分析譜線的選擇

經(jīng)查閱譜線圖選擇擬用譜線，在實(shí)際工作條件下進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)對(duì)譜峰圖的觀察，分析判斷，剔除實(shí)際干擾較大的譜線，選擇沒(méi)有干擾或干擾一致、強(qiáng)度相對(duì)適中的譜線作為分析用譜線。

3.2.2 等離子體功率的選擇

在等離子氣流量：15.0 L/min；輔助氣流量：15.0 L/min；霧化器壓力：220 kPa；觀測(cè)高度：12 mm；讀數(shù)時(shí)間：3.00 s/次；儀器穩(wěn)定時(shí)間：10 s/次的條件下，對(duì)等離子體功率進(jìn)行優(yōu)化選擇。當(dāng)?shù)入x子體功率為1.00 kW時(shí)，各元素信背比較好，因此等離子體工作功率確定為：1.00 kW。

3.2.3 霧化器壓力的選擇

霧化器壓力決定分析液體的霧化效果，決定進(jìn)入等離子體——燃燒炬管樣品的數(shù)量和均勻性，對(duì)分析結(jié)果有直接的影響。在等離子體功率1.00 kW、等離子氣流量：15.0 L/min；輔助氣流量：15.0 L/min；觀測(cè)高度：12 mm；讀數(shù)時(shí)間：3.00 s/次；儀器穩(wěn)定時(shí)間：10 s/次的條件下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)霧化器壓力進(jìn)行優(yōu)化選擇。最終選擇220 kPa為霧化器工作壓力。

3.2.4 觀測(cè)高度選擇

在等離子體功率1.00 kW、等離子氣流量：15.0 L/min；輔助氣流量：15.0 L/min；霧化器壓力220 kPa；讀數(shù)時(shí)間：3.00 s/次；儀器穩(wěn)定時(shí)間：10 s/次的條件下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)觀測(cè)高度進(jìn)行優(yōu)化選擇。選擇觀測(cè)高度為：11 mm。

3.2.5 讀數(shù)時(shí)間的選擇

光源進(jìn)入儀器內(nèi)部通過(guò)色散，元素特征譜線在檢測(cè)器上的停留時(shí)間，在分析條件中用讀數(shù)時(shí)間來(lái)表示。原則上低含量元素分析選擇分析時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)2～4 s，高含量元素分析選擇分析時(shí)間相對(duì)較短1～3 s。本文的分析元素在分析過(guò)程中，讀數(shù)時(shí)間選擇3 s較為合適。

3.3 基體及共存元素干擾的消除

在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)稱(chēng)取與試樣含量基本一致的高純鈦粉用作分析底液，消除基體鈦元素的干擾。共存元素的干擾通過(guò)優(yōu)化分析譜線的方法來(lái)避免干擾。

4 方法驗(yàn)證

4.1 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

稱(chēng)取編號(hào)為19009475、19009537試樣，按照上述溶解方法和試樣條件進(jìn)行處理，準(zhǔn)確度試驗(yàn)如表3所示。

表3 準(zhǔn)確度試驗(yàn)Table 3 Accuracy test (%)

4.2 精密度試驗(yàn)

稱(chēng)取編號(hào)為19009475樣品，按照上述溶解方法和試樣條件進(jìn)行處理，在繪制好的工作曲線上對(duì)該試樣測(cè)定15次，結(jié)果如表4所示。

表4 精密度試驗(yàn)Table 4 Reproducibility test (%)

4.3 檢出限試驗(yàn)

用隨同試樣分析的試劑空白，測(cè)定15次，結(jié)果如表5所示。

表5 檢出限試驗(yàn)Table 5 Detection limit test (%)

5 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)樣品制備條件的選擇、儀器條件試驗(yàn)、基體及共存元素干擾消除、準(zhǔn)確度、精密度、檢出限試驗(yàn)，證明了用本方法測(cè)定鈦合金中Cr、Fe、Si元素含量的可靠性，大大縮短了分析時(shí)間，提高了分析效率。