ICP–AES法測定鎳銅合金中的Fe，Mn，Cr，Nb

李培培，葉曉英

[中航工業(yè)北京航空材料研究院，中航(試金石)檢測科技有限公司，航空材料檢測與評(píng)價(jià)北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095]

銅鎳合金是以鎳為主要添加元素的銅基合金，銅鎳之間彼此可無限固溶。鎳銅合金具有良好的延展性、可鍛造性、機(jī)械加工性、耐腐蝕、深沖性能，被廣泛應(yīng)用于造船、石油化工、電器、儀表、醫(yī)療器械、日用品、工藝品等領(lǐng)域，還是重要的電阻及熱電偶合金[1–3]。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP–AES)法因其具有靈敏度高、精密度和線性好、可同時(shí)分析多種元素等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為金屬材料中常量及痕量元素的常用分析方法之一[4–7]。近年來，國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道了很多關(guān)于鎳銅合金主量元素鎳和銅的測量方法，但是關(guān)于其中的雜質(zhì)元素鮮有報(bào)道[8]。筆者采用ICP–AES法對(duì)其中的雜質(zhì)元素 Fe，Mn，Cr，Nb進(jìn)行分析，通過選擇合適的譜線及內(nèi)標(biāo)用量確定了最佳分析條件，測定結(jié)果滿足分析要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

發(fā)射光譜儀：JY ULTIMA型，法國Jobin Yvon公司。

Cr標(biāo)準(zhǔn)溶液：1.00 mg／mL，稱取0.5656 g重鉻酸鉀，加入40 mL水，加熱溶解，冷卻后移入200 mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻；

Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液：1.00 mg／mL，稱取0.2000 g純鐵，加入鹽酸溶液(1+1) 10 mL，微熱溶解，冷卻后移入200 mL容量瓶中，補(bǔ)加鹽酸溶液(1+1) 5 mL，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻；

Mn標(biāo)準(zhǔn)溶液：1.00 mg／mL，稱取0.2000 g電解錳，加入鹽酸溶液(1+1) 10 mL，微熱溶解，冷卻后移入200 mL容量瓶中，補(bǔ)加鹽酸溶液(1+1)5 mL，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻；

Nb標(biāo)準(zhǔn)溶液：1.00 mg／mL，稱取0.2500 g純鈮于聚四氟乙烯燒杯，加入5 mL氫氟酸，低溫溶解并滴加硝酸，冷卻后移入250 mL聚四氟乙烯容量瓶中，補(bǔ)加氫氟酸5 mL，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻；

銅溶液的配制：10.0 mg／mL，稱取2.00 g純銅，加入硝酸溶液 (1+1)40 mL，加熱溶解，冷卻后移入200 mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻；

鎳溶液的配制：10.0 mg／mL，稱取2.00 g純鎳，加入硝酸溶液(1+1) 40 mL，加熱溶解，冷卻后移入200 mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻；

釔內(nèi)標(biāo)溶液：0.2 mg／mL，稱取0.2540 g氧化釔，加入鹽酸40 mL，低溫溶解，冷卻后移入1000 mL容量瓶中，補(bǔ)加鹽酸60 mL，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻；

實(shí)驗(yàn)所用試劑均為優(yōu)級(jí)純，實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水，標(biāo)準(zhǔn)溶液使用時(shí)根據(jù)所需濃度按照配制1.00 mg／mL標(biāo)準(zhǔn)溶液的酸度加以稀釋。

1.2 儀器工作條件

高頻頻率：40.68 MHz；入射功率：1.05 kW；反射功率：低于10 W；護(hù)套氣流量：0.2 L／min；入射狹縫：20 μm；出射狹縫：80 μm；冷卻氣流量：15 L／min；分析線：Cr 283.563 nm，F(xiàn)e 259.940 nm，Mn 257.610 nm，Nb 316.340 nm；內(nèi)標(biāo)線：Y 371.030 nm。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備

準(zhǔn)確稱取0.1000 g樣品于150 mL燒杯中，加入硝酸10 mL，鹽酸5 mL，加熱至樣品溶解，取下冷卻后加入硫酸溶液(1+1) 10 mL、磷酸5 mL冒煙，冷卻，加水溶解鹽類，冷卻后移入預(yù)先準(zhǔn)確加入含有0.40 mg Y內(nèi)標(biāo)溶液的100 mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的繪制

根據(jù)鎳銅合金中各元素的含量范圍，配制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。在數(shù)只100 mL容量瓶中分別加入Cr，F(xiàn)e，Mn，Nb標(biāo)準(zhǔn)溶液，使各瓶中 Cr，F(xiàn)e，Mn，Nb標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度如表1所示，加入與樣品相同量的酸，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻，與樣品同時(shí)測量。其中，S0～S5均以Ni 65%，Cu 30%打底；另配曲線S0'～S5'，以純水配制，各元素含量與對(duì)應(yīng)的S0～S5相同。

表1 系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中各元素含量 %

2 結(jié)果與討論

2.1 合金中基體與共存元素間的干擾試驗(yàn)

2.1.1 合金中試劑、基體與共存元素間的譜線干擾

分別對(duì)體積分?jǐn)?shù)為10%的硝酸溶液，5%的鹽酸溶液，5%的磷酸溶液，5%的硫酸溶液，2%的Y溶 液 和 65 mg／mL Ni，30 mg／mL Cu，4 mg／mL Si，2 mg／mL Fe，1 mg／mL Mn，0.1 mg／mL 及 1 mg／mL Cr的測試溶液在分析元素3～5條分析譜線中心波長附近的0.1842 nm窗口范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，獲得試劑溶液、干擾元素及分析元素光譜掃描譜圖，對(duì)譜圖進(jìn)行疊加、放大，得到干擾元素在分析譜線附近的干擾情況。

根據(jù)光譜干擾情況，選擇分析譜線Cr 283.563 nm，F(xiàn)e 259.940 nm，Mn 257.610 nm和Nb 316.340 nm對(duì)鎳銅合金中元素進(jìn)行分析時(shí)，試劑及基體對(duì)分析元素沒有顯著的光譜干擾。

2.1.2 不同基體配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液比較

以S0'和S5'繪制工作曲線，測定S0～S5中各元素的含量，結(jié)果見表2。從表2中數(shù)據(jù)可進(jìn)一步證實(shí)基體對(duì)測量元素?zé)o干擾。

表2 S0～S5中各元素含量測定值 %

2.2 內(nèi)標(biāo)用量

稱取樣品6份，每份均加入Cr 0.5 mg，Nb 0.5 mg，分 別 加入釔內(nèi)標(biāo)溶液 0.00，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00 mL，在相同的測量條件下，測得各元素和內(nèi)標(biāo)元素譜線強(qiáng)度比的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差見表3。由表3可知，無內(nèi)標(biāo)元素時(shí)測定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，內(nèi)標(biāo)元素Y的加入使測量結(jié)果更加穩(wěn)定、可靠，但是其發(fā)揮的作用與其用量并非成正比，當(dāng)內(nèi)標(biāo)加入量達(dá)到一定值時(shí)，增加內(nèi)標(biāo)用量對(duì)測定結(jié)果影響不大。結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選定釔內(nèi)標(biāo)溶液的用量為2.00 mL。

表3 不同內(nèi)標(biāo)元素加入量下分析元素和內(nèi)標(biāo)元素強(qiáng)度比的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=10) %

2.3 線性方程及相關(guān)系數(shù)

在確定的儀器工作條件下，用S0～S5系列標(biāo)準(zhǔn)溶液建立工作曲線，曲線線性方程、線性范圍與相關(guān)系數(shù)見表4。由表4可知，分析元素在工作曲線線性范圍內(nèi)線性良好。

2.4 加標(biāo)回收試驗(yàn)和精密度試驗(yàn)

在確定的工作條件下，根據(jù)常見鎳銅合金中分析元素的含量范圍，選擇鎳銅合金標(biāo)準(zhǔn)樣品(C56)進(jìn)行精密度試驗(yàn)，結(jié)果見表5。鎳銅合金中Fe，Mn元素屬于常量元素，故對(duì)實(shí)際樣品中的Cr，Nb元素進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表6。

表4 工作曲線中分析元素的含量及線性系數(shù)

表5 精密度試驗(yàn)結(jié)果(n=8) %

表6 回收試驗(yàn)結(jié)果 %

表5和表6數(shù)據(jù)表明，用此方法測得的鎳銅合金中Fe，Mn，Cr，Nb及其合成樣品中的Cr，Nb元素含量，平均值與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致，回收率為95.0%~103.4%，測得結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%，表明測量準(zhǔn)確度和精密度均較高。

3 結(jié)語

采用ICP–AES法測定鎳銅合金中的Cr，F(xiàn)e，Mn，Nb含量，通過光譜干擾試驗(yàn)確定最佳分析線，該方法測量準(zhǔn)確度和精密度較高，能滿足日常測試需要。

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