電感耦合等離子體光譜法測定鎳基高溫合金中的硅、錳、磷

趙容超 唐本玲

(鋼鐵研究總院， 北京 100081)

鎳基高溫合金具有密度小、強度高、抗氧化、耐高溫等優(yōu)異性能，主要用于航空、航天、核反應(yīng)堆和電站等領(lǐng)域，準(zhǔn)確測定其中的化學(xué)成分是對材料進(jìn)行質(zhì)量控制的重要保證。電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)具有線性范圍寬、檢測限低、干擾少且易排除等優(yōu)點[1，2]。采用傳統(tǒng)的溶樣方式及化學(xué)檢測方法對鎳基高溫合金中的硅、錳、磷進(jìn)行測定時，耗時長且操作繁瑣。因此筆者優(yōu)化了樣品前處理方法，縮短了樣品溶解時間，采用ICP-AES對試樣進(jìn)行檢測，確定了方法的檢出限，并根據(jù)鎳基高溫合金中分析元素的含量范圍進(jìn)行了精密度及回收率等試驗[3，4]。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

全譜直讀等離子體光譜儀：IRIS IntrepidⅡ XSP型，配有耐氫氟酸同心霧化器和霧室，美國熱電公司；

錳、磷標(biāo)準(zhǔn)溶液：10 μg/mL，吸取1 000 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲備液(鋼鐵研究總院)，逐級稀釋而成；

硅標(biāo)準(zhǔn)溶液：10 μg/mL，吸取500 μg/mL的硅標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(鋼鐵研究總院)，逐級稀釋而成；

實驗所用其它試劑均為優(yōu)級純，實驗用水為離子交換水。

1.2 儀器工作參數(shù)

高頻功率：1 150 W；積分時間：短波10 s，長波5 s；載氣流量：14 L/min；輔助氣流量：0.5 L/min；泵速：75 r/min。

1.3 溶樣方法

(1)鹽酸-硝酸溶解試樣

稱取0.200 g試樣置于150 mL燒杯中，加入10 mL鹽酸-硝酸(體積比7∶1)，蓋上表面皿，低溫加熱溶解樣品至不再反應(yīng)，冷卻至室溫，定容至50 mL容量瓶中，混勻。

(2)鹽酸-硝酸-氫氟酸溶解試樣

稱取0.200 g試樣置于聚四氟乙烯燒杯中，加入10 mL鹽酸-硝酸(體積比7∶1)，低溫加熱樣品至不再反應(yīng)，冷卻，緩慢加入氫氟酸0.5 mL，蓋上蓋子，于水溫50℃的水浴鍋中加熱，試樣溶解完全后，冷卻至室溫，定容至50 mL塑料容量瓶中，混勻。

2 結(jié)果與討論

2.1 試樣前處理方法

成分簡單的鎳基高溫合金用鹽酸-硝酸混合酸，高溫加熱可溶解完全；當(dāng)樣品中Nb、Ta元素含量較高時，鹽酸、硝酸的混合酸溶解極其緩慢，此時加入適量的氫氟酸可加速溶解，但測定Si元素時，為了防止Si元素在溫度較高時與氫氟酸生成易揮發(fā)的氟化硅，要選擇溫度較低的水浴進(jìn)行溶解。采用鹽酸、硝酸不同比例(1∶0、1∶1、3∶1、5∶1、7∶1、10∶1、0∶1)的混合酸，對試樣進(jìn)行溶解試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鹽酸與硝酸體積比為7∶1時，溶解時間較短。兩種溶樣方法相比，1.3中方法(2)能更好地滿足各種成分的鎳基高溫合金前處理需求，因此本實驗選用該方法進(jìn)行樣品前處理。

2.2 分析條件

(1)分析譜線的選擇及干擾試驗

鎳基高溫合金中的主要基體為Ni元素，因此本實驗采用基體匹配法有效消除基體帶來的干擾?；陟`敏度高、基體干擾小等原則對多條譜線進(jìn)行篩選，結(jié)果表明，Mn元素的257.610 nm和293.930 nm兩條譜線均無明顯干擾，且靈敏度高，兩條譜線測得值一致；P元素靈敏度低，可供選擇的譜線少，選擇常用譜線178.284 nm和213.618 nm進(jìn)行檢測，其中178.284 nm的譜線背景干擾相對較弱，靈敏度較高，213.618 nm的譜線左側(cè)存在213.606 nm Mo元素譜線，干擾較強；Si元素選擇185.067 nm和251.611 nm進(jìn)行檢測，185.067 nm處無明顯干擾，251.611 nm處存在Mo元素251.611 nm的光譜重疊干擾，出現(xiàn)測定值增大的現(xiàn)象。最終選定的各元素譜線見表1。

表1 各元素的分析譜線

(2)功率、泵速、載氣流量的選擇

對功率、泵速、載氣流量以及輔助氣流量4個因素進(jìn)行試驗，結(jié)果表明功率為1 150W、載氣流量14 L/min、輔助氣流量0.5 L/min、泵速75 r/min的分析條件最佳。

2.3 工作曲線及檢出限

稱取與試樣量相當(dāng)?shù)母呒冩?99.99%)數(shù)份，分別置于150 mL燒杯中，加入適量各元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按實驗方法操作，定容于50 mL容量瓶中，混勻。以各元素的濃度為橫坐標(biāo)(X)，分析線強度為縱坐標(biāo)(Y)，繪制工作曲線，對試劑空白溶液連續(xù)測定10次，取3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為儀器的檢出限，線性方程、線性范圍和檢出限列于表2。由表2可知，相關(guān)系數(shù)均大于0.999 9，說明線性關(guān)系較好，可以滿足各元素的測試要求。

表2 線性方程、線性范圍和檢出限

2.4 精密度與加標(biāo)回收試驗

采用本法加入不同量的標(biāo)準(zhǔn)溶液到已知含量的樣品中(YSBC 11517-99鋼鐵研究總院研制)，按實驗方法操作，進(jìn)行精密度及回收試驗，測定結(jié)果見表3。 由表3可知，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3.0%，回收率為93.3%～106.7%，表明方法具有較高的精密度和準(zhǔn)確度。

表3 精密度和回收試驗結(jié)果(n=10) %

2.5 標(biāo)準(zhǔn)樣品測定

采用本方法對3種鋼鐵研究總院研制的鎳基高溫合金標(biāo)準(zhǔn)樣品中的硅、錳、磷元素進(jìn)行測定，隨批做標(biāo)準(zhǔn)曲線，由曲線計算試樣中各元素的含量，測定結(jié)果見表3。從表3可以看出，本方法測定值與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致，其測定結(jié)果的相對誤差均小于7%，說明該方法具有較高的準(zhǔn)確度。

表3 標(biāo)準(zhǔn)樣品分析結(jié)果 %

3 結(jié)語

通過優(yōu)化樣品前處理方法并利用ICP-AES法快速測定鎳基高溫合金中的硅、錳、磷元素，方法具有良好的精密度和準(zhǔn)確度，大大提高了工作效率，能更好地滿足日常分析的需要。

[1] 辛仁軒.等離子體發(fā)射光譜分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2] 有色金屬工業(yè)分析叢書編委會.難熔金屬和稀散金屬冶金分析[M].北京: 冶金工業(yè)出版社, 1992.

[3] 童堅.ICP-OES 法測定高溫合金中的多種化學(xué)成分[J].分析實驗室，2001,20(3)：20-22.

[4] 李超. ICP-AES測定鑄鐵中的硅、錳、磷、銅[J].光譜實驗室，2004,21(3)：556-558.