ICP－OES法測(cè)定Mg－RE合金系中Gd、Y、Zr、Ag

鄒 龍，劉榮麗

（湖南稀土金屬材料研究院，湖南長沙 410126）

ICP－OES法測(cè)定Mg－RE合金系中Gd、Y、Zr、Ag

鄒 龍，劉榮麗

（湖南稀土金屬材料研究院，湖南長沙 410126）

采用ICP－OES法測(cè)定了Mg－RE合金系中Gd、Y、Zr、Ag，進(jìn)行了酸度試驗(yàn)、干擾試驗(yàn)和加標(biāo)回收及精密度試驗(yàn)確定最佳測(cè)定條件。方法簡(jiǎn)便可靠，滿足當(dāng)前科研生產(chǎn)的需要。

ICP－OES；稀土鎂合金；Gd；Y；Zr；Ag

近年來，基于國防等工業(yè)對(duì)裝備輕量化的迫切需求，人們對(duì)于開發(fā)高性能鎂合金的興趣日益濃厚。而稀土（Rare Earth，簡(jiǎn)稱RE）元素具有固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化作用，可以改善鎂合金的高溫拉伸和蠕變性能，同時(shí)有利于提高耐蝕性［1］，Mg－RE合金系的研究已成為一大熱點(diǎn)。在Mg－RE合金基礎(chǔ)上加入Zr、Ag等微量元素開發(fā)出的一系列新型高性能鎂合金，已被廣泛地應(yīng)用于國防、航空航天產(chǎn)品坦克和裝甲車部分結(jié)構(gòu)件、導(dǎo)彈殼體和尾翼等方面。如由Mg－Zn－RE－Zr合金ZE41制成的鎂合金齒輪箱就已成功地裝備到法國塞德航空公司（Sud－Aviation）超級(jí)弗雷?。‵relon）直升機(jī)上。

現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T13748－2005鎂及鎂合金成分分析方法［2］所包括的19種方法中，主要采用重量法、滴定法、光度法及原子吸收光譜法等，傳統(tǒng)的這些分析方法由于存在分析周期冗長、分析過程復(fù)雜、分析精度差、分析元素單一等局限性，已無法滿足Mg－RE合金中單一稀土元素和微量Zr、Ag等元素的快速檢測(cè)。而電感耦合等離子發(fā)射光譜法具有檢出限低、精確度好、基體干擾小、線性范圍寬且可進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)［3］，可成功實(shí)現(xiàn)對(duì)Mg－RE合金系中微量元素進(jìn)行快速檢測(cè)。

本文通過酸度試驗(yàn)、干擾試驗(yàn)和加標(biāo)回收及精密度試驗(yàn)，確定了電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP－OES）測(cè)定Mg－RE合金系中Gd、Y、Zr、Ag元素的最佳測(cè)定條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用硝酸分解樣品，采用ICP－OES法測(cè)定Gd、Y、Zr、Ag，方法快速、準(zhǔn)確，能夠滿足當(dāng)前科研生產(chǎn)的需要。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作條件選擇

采用儀器為美國安捷倫公司ICP－OES700型全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，其工作條件是發(fā)射功率：1.0 kW；等離子氣流量：15.0 L／min；輔助氣流量：1.50 L／min；霧化器壓力：200 kPa；觀測(cè)高度：10 mm；一次讀數(shù)時(shí)間：5 s；儀器穩(wěn)定延時(shí)：15 s；進(jìn)樣延時(shí)：30 s；泵速：15 r／min；清洗時(shí)間：10 s。

1.2 主要試劑與標(biāo)準(zhǔn)溶液

依照GB／T602－2002，各單個(gè)元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液均用其相應(yīng)的光譜純氧化物或純度大于99.95%的金屬配制，準(zhǔn)確稱量，溶解后配制成濃度為1.00 mg／mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。所用硝酸（ρ＝1.42 g／mL）、氫氟酸（ρ＝1.13 g／mL）、鹽酸（ρ＝1.19 g／mL）等試劑均為優(yōu)級(jí)純，實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

銀標(biāo)準(zhǔn)貯存溶液的配制：稱取1.000 0 g金屬純銀（99.99%），置于500 mL燒杯中，蓋上表面皿，加入20 mL（1＋1）硝酸，加熱至完全溶解，煮沸驅(qū)除氮氧化物，冷卻，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液1 mL含1 000μg銀。

鋯標(biāo)準(zhǔn)貯存溶液的配制：稱取3.530 0 g氧氯化鋯（ZrOCl2·8H2O）置于500 mL燒杯中，蓋上表面皿，加入20m L（1＋1）鹽酸，至完全溶解，冷卻，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液1 mL含1 000μg鋯。

釓、釔標(biāo)準(zhǔn)貯存溶液的配制：分別稱取1.172 8 g三氧化二釓、1.269 9 g三氧化二釔（質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9%，預(yù)先經(jīng)1 000℃灼燒1 h后，置于干燥器中，冷卻至室溫），置于一組500 mL燒杯中，蓋上表面皿，加入50 mL（1＋1）鹽酸，加熱溶解，冷卻至室溫，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液1 mL含1 000μg釔、釓。

高純鎂溶液的配制：稱取10 g高純鎂，置于500 mL燒杯中，蓋上表面皿，加入140 mL（1＋1）硝酸，至完全溶解，煮沸驅(qū)除氮氧化物，冷卻，移入200 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液1 mL含50 mg鎂。

內(nèi)標(biāo)銦溶液的配置：稱取純金屬銦（99.995%）0.100 0 g于250 mL燒杯中，加入10 mL（1＋1）硝酸，蓋上表面皿，在電熱板上加熱，直至完全溶解。取下燒杯，冷卻至室溫，轉(zhuǎn)入1 000 mL容量瓶中，用（1＋9）硝酸稀釋到刻度并搖勻。此溶液1 mL含100μg銦。

用逐步稀釋法配制成其它濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.3 樣品的制備

稱取0.500 0 g試樣，置于250 mL燒杯中，加入20 mLHNO3和0.1mLHF，低溫加熱溶解，待試樣完全溶解后，冷卻，轉(zhuǎn)移入250 mL容量瓶中，加入0.8 mg In內(nèi)標(biāo)溶液，用水稀釋至刻度，搖勻，待測(cè)。

1.4 分析線及測(cè)量

查閱Boumans編制的LCT表（Line Coincidence Tables for ICP－AES）和Winge，F(xiàn)assel等編制的光譜表（ICP－AES：An Atlas of Spectral lnformation），同時(shí)參照梅壇［4］等對(duì)鎂合金分析線選擇基礎(chǔ)上，確定所測(cè)元素的分析線見表1。

表1 分析線

于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀上，在選定工作條件及分析波長處，以銦為內(nèi)標(biāo)元素，純水為低標(biāo)，以加入各待測(cè)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液鎂底液（鎂為該合金中化學(xué)成分的余量）為高標(biāo)對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，測(cè)量樣品中各元素的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸度試驗(yàn)

Mg－RE合金在硝酸、鹽酸、王水體系中均可溶，其加入元素Zr和Ag分別溶于氫氟酸和硝酸。依據(jù)以上待測(cè)元素的化學(xué)性質(zhì)可確定在硝酸分解樣品的基礎(chǔ)上滴加氫氟酸最佳，由于過量的氫氟酸腐蝕ICP矩管且對(duì)人體有害，所以在保證Zr溶解完全的基礎(chǔ)上加入盡量少的氫氟酸，根據(jù)王榮［5］等的研究表明，氫氟酸的最佳用量應(yīng)為0.1 mL。由于溶于酸的加入量影響樣品的提升量，所以應(yīng)進(jìn)行酸度實(shí)驗(yàn)以確定硝酸最佳用量。

以水為低標(biāo)，以標(biāo)準(zhǔn)溶液（Gd 5.00%、Y 5.00%、Zr 0.50%、Ag 0.50%）為高標(biāo)，另在數(shù)份含相同成分的標(biāo)準(zhǔn)溶液中分別加入不同量的硝酸，在儀器選定的條件下對(duì)元素Gd、Y、Zr、Ag進(jìn)行硝酸加入量影響試驗(yàn)。其結(jié)果見表2。

表2 硝酸加入量試驗(yàn)

由硝酸加入量試驗(yàn)可知，隨著硝酸加入量的增大，元素的測(cè)量值逐漸降低，這是由于酸度的增大引起樣品溶液黏度增大從而降低了樣品的提升量和霧化效率，該試驗(yàn)確定了硝酸溶解樣品最佳用量為20 mL。

2.2 干擾試驗(yàn)

ICP－OES法同時(shí)測(cè)定Mg－RE合金系元素方法中，存在干擾主要為鎂合金基體光譜干擾和共存元素光譜干擾。該方法中所選擇的分析譜線，排除了樣品中共存元素的干擾。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行基體影響試驗(yàn)，以確定標(biāo)準(zhǔn)溶液是否應(yīng)進(jìn)行基體匹配。

本試驗(yàn)中，一組標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行基體匹配另一組不進(jìn)行基體匹配。方法一以純水為低標(biāo)，以標(biāo)準(zhǔn)溶液（Gd 5.00%、Y 5.00%、Zr 0.50%、Ag 0.50%）為高標(biāo)。方法二中標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行基體匹配，以純鎂底液為低標(biāo)，以加入各待測(cè)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（Gd 5.00%、Y 5.00%、Zr0.50%、Ag 0.50%）鎂底液（鎂為該合金中化學(xué)成分的余量）為高標(biāo)。另將各待測(cè)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（Gd 5.00%、Y 5.00%、Zr 0.50%、Ag 0.50%）鎂底液（鎂為該合金中化學(xué)成分的余量）作為樣品，分別采用方法一及方法二測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 基體影響試驗(yàn) %

從實(shí)驗(yàn)中可看出，雖然鎂基體對(duì)微量加入元素鋯、銀影響不大，但對(duì)含量較高的釓、釔有一定影響。因此，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)在高標(biāo)溶液中，加入與試料相當(dāng)?shù)逆V量。

2.3 加標(biāo)回收及精密度試驗(yàn)

由于Mg－RE合金系材料是近年開發(fā)的新材料，目前還沒有同時(shí)含有Gd、Y、Zr、Ag元素的鎂合金標(biāo)樣，所以采用加標(biāo)回收的方法進(jìn)行回收率和精密度試驗(yàn)。在已知樣品中分別加入表4所示百分比濃度的Gd、Y、Zr、Ag，制備成混合樣品溶液。按照實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，計(jì)算回收率，結(jié)果列于表4。由表4可知，該方法的回收率在98.0%～102%之間，滿足分析要求，方法準(zhǔn)確可靠。

按照實(shí)驗(yàn)方法，將上述溶液進(jìn)行11次重復(fù)分析，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值，計(jì)算結(jié)果見表4。由表4可知，該方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.78%～5.10%之間，說明方法準(zhǔn)確可行。

表4 樣品回收率及精密度試驗(yàn) %

3 結(jié) 論

試驗(yàn)系統(tǒng)地研究了Mg－RE合金系中Gd、Y、Zr、Ag用ICP－OES法同時(shí)測(cè)定的試驗(yàn)條件，采用硝酸和氫氟酸分解樣品，標(biāo)準(zhǔn)采用基體匹配，ICP－OES法可實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)定Mg－RE合金系中Gd、Y、Zr、Ag，方法的回收率在98.0%～102.0%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.78%～5.10%之間，能夠滿足當(dāng)前科研生產(chǎn)的需要。

［1］ 吳玉娟，丁文江.高性能稀土鎂合金的研究進(jìn)展［J］.中國材料進(jìn)展，2011，30（2）：1－9.

［2］ GB／T13748－2005.鎂及鎂合金化學(xué)分析方法［S］.

［3］ 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，2005.114－178.

［4］ 梅壇.ICP－AES法分析鎂與鎂合金的分析線選擇［J］.化學(xué)世界，2010，（9）：531－534.

［5］ 王榮.ICP－AES測(cè)定鎂合金中的Zn、Mn、Zr、Ce［J］.光譜實(shí)驗(yàn)室，2003，20（2）：295－297.

Determ ination of Gd，Y，Zr and Ag in Rare-earth-magnesium Alloy by ICP-OES

ZOU Long，LIU Rong-li

（Hunan Rare Earth Metal Research Institute，Changsha 410126，China）

The determination of Gd，Y，Zr and Ag in rare-earth-magnesium alloy by ICP-OES is proposed.The optimum conditions of experiments are obtained by acidity experiment，interference experiment，precision and recovery experiment.Themethod is simple and reliable，meeting the need of the scientific research and production.

ICP-OES；rare-earth-magnesium；Gd；Y；Zr；Ag

O657

A

1003－5540（2013）06－0070－03

2013－09－26

鄒龍（1990－），男，助理工程師，主要從事分析化學(xué)與濕法冶金化學(xué)研究。