電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定釬劑中硼鈉鈣

龐曉輝 高 頌 房麗娜

(1中航工業(yè)北京航空材料研究院，北京 100095 ;2航空材料檢測(cè)與評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定釬劑中硼鈉鈣

龐曉輝1,2高 頌1,2房麗娜1,2

(1中航工業(yè)北京航空材料研究院，北京 100095 ;2航空材料檢測(cè)與評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095)

介紹了采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測(cè)定釬劑中硼鈉鈣的方法，進(jìn)行了釬劑樣品的溶解試驗(yàn)，用一定比例鹽酸、硝酸混合酸采用微波消解方法溶解，考察了釬劑基體和共存元素對(duì)待測(cè)元素的光譜干擾情況，確定了各待測(cè)元素分析線分別為B182.578nm、Na588.995nm、Ca393.366nm。進(jìn)行了儀器工作參數(shù)選擇試驗(yàn)，確定了儀器最佳工作條件,通過(guò)加入內(nèi)標(biāo)釔控制測(cè)量波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定釬劑中硼鈉鈣的含量。進(jìn)行了加入回收試驗(yàn)，回收率在98～105%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1%。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法 釬劑 硼、鈉、鈣

釬劑是一種焊接過(guò)程中使用的材料，作用是清除釬焊金屬和釬料表面的氧化物，以液態(tài)薄層覆蓋釬焊金屬和釬料表面，隔絕空氣中的氧對(duì)它們的有害作用，起界面活性作用，改善液態(tài)釬料對(duì)釬焊金屬表面的潤(rùn)濕。在釬焊過(guò)程中，釬劑的作用相當(dāng)重要。選用的釬劑應(yīng)具有溶解或破壞釬焊金屬和釬料表面氧化膜的能力，釬劑熔點(diǎn)和最低活性溫度應(yīng)低于釬料熔點(diǎn)，具有良好的熱穩(wěn)定性，為保證釬劑的性能需嚴(yán)格控制釬劑中各元素含量[1-3]，一種氟化物釬劑中需要控制硼、鈉、鈣元素的含量，硼為23.9～25.3%、鈉為3.9～4.7%、鈣為7.2～8.2%，目前未見(jiàn)有關(guān)釬劑中硼、鈉、鈣的分析報(bào)道。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)具有線性范圍寬、基體效應(yīng)小、多元素同時(shí)分析，檢出限低、快速簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，在冶金、地質(zhì)、環(huán)境等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[4-6]，本實(shí)驗(yàn)采用ICP-AES法測(cè)定釬劑中硼、鈉、鈣元素的含量。對(duì)釬劑樣品的溶解、分析譜線選擇、基體及共存元素干擾，測(cè)量條件的優(yōu)化等進(jìn)行試驗(yàn)，建立了適于測(cè)定釬劑中硼鈉鈣元素的方法，并應(yīng)用于實(shí)際樣品分析中。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和工作條件

美國(guó)Perkin Elmer公司生產(chǎn)的Optima8300型全譜直讀電感耦合等離子體光譜儀，分段式電感耦合檢測(cè)器SCD；高頻頻率：40MHz；高頻功率：1.3kW，觀測(cè)高度：15mm，冷卻氣流量：15L/min，霧化氣流量：0.65L/min，輔助氣流量：0.2L/min；積分時(shí)間：2～5s；分析線波長(zhǎng)：B 182.578 nm、Na 589.592 nm、Ca 317.933 nm。

MARS高通量密閉微波消解系統(tǒng)(美國(guó)CEM公司)儀器工作條件見(jiàn)表1。

表1 MARS高通量密閉微波消解系統(tǒng)操作條件

1.2 試劑

硼、鈉、鈣的單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液濃度1.00 mg/mL，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)溶液，鋼鐵研究總院制。

Y內(nèi)標(biāo)溶液，0.20 mg/mL。

稱取0.1270 g氧化釔(Y2O3,質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于99.99%)置于150 mL燒杯中，加入20 mL鹽酸，低溫加熱至溶解完全，冷卻后移入500 mL容量瓶中，補(bǔ)加15 mL鹽酸，用水稀釋至刻度，混勻。

實(shí)驗(yàn)用鹽酸、硝酸均為優(yōu)級(jí)純,水為去離子水。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 試樣溶液的制備

稱取0.1000g釬劑樣品置于40 mL微波消解罐中，吹水潤(rùn)濕，加入5 mL鹽酸，1 mL硝酸，常溫下將酸反應(yīng)后的氣體趕出。將微波消解裝置按表1條件進(jìn)行設(shè)置，對(duì)試料進(jìn)行消解，冷卻后，取出微波消解罐放氣，轉(zhuǎn)移入200mL容量瓶中，加入Y內(nèi)標(biāo)溶液2.00mL，用水稀釋至刻度,混勻。

1.3. 2 標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液的制備

根據(jù)待測(cè)樣品中被測(cè)元素硼、鈉、鈣的含量范圍配制標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液，標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液的酸度與樣品溶液保持一致，加入Y內(nèi)標(biāo)溶液2.00mL，各待測(cè)元素的濃度見(jiàn)表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液濃度 μg/mL

1.3.3 測(cè)量

在選定的儀器工作條件下上機(jī)測(cè)量，根據(jù)各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液的濃度和對(duì)應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度值，以待測(cè)元素濃度為橫坐標(biāo),測(cè)得的強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制校準(zhǔn)曲線,根據(jù)校準(zhǔn)曲線求得待測(cè)樣品中元素含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶解試驗(yàn)

分別采用水、鹽酸、硝酸及混合酸等進(jìn)行釬劑樣品溶解試驗(yàn)，結(jié)果表明采用水、鹽酸、硝酸或其混合酸經(jīng)加熱溶解時(shí)，樣品溶液中總有少量白色殘留物無(wú)法溶解干凈，通過(guò)采用微波消解技術(shù)，參數(shù)按表1設(shè)置，加入鹽酸5mL 、硝酸1 mL，置于微波消解罐中，密閉高溫高壓，試樣在50min時(shí)間內(nèi)即可完全溶解，試液透亮，本實(shí)驗(yàn)采用微波消解方法溶解釬劑樣品。

2.2 分析譜線的選擇

根據(jù)光譜儀譜線庫(kù)提供的B、Na、Ca元素的推薦波長(zhǎng)及背景等效濃度、檢出限等參數(shù)，對(duì)各待測(cè)元素選擇數(shù)條譜線，按釬劑樣品溶液B、Na、Ca相應(yīng)的濃度配制B、Na、Ca元素的單標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度B 120μg/mL、Na 20 μg/mL、Ca 40 μg/mL，在選定的待測(cè)元素譜線的波長(zhǎng)處進(jìn)行掃描，記錄光譜，對(duì)各譜線的譜圖疊加處理，觀察各元素的譜線的譜圖形狀和相互干擾情況， B元素選249.677 nm、249.772 nm、182.578 nm，Na元素選589.592 nm、588.995 nm、330.237 nm，Ca元素選317.933 nm、315.887 nm、393.366 nm，綜合比較譜線峰形和靈敏度和干擾情況，確定分析線為B 182.578 nm、Na 589.592 nm、Ca 317.933 nm 。

在選定的儀器工作條件下，將標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液引入光譜儀，以溶液濃度為橫坐標(biāo)，以發(fā)射的譜線強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制校準(zhǔn)曲線，校準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9995以上，方法的檢出限，線性范圍、相關(guān)系數(shù)等見(jiàn)表3。

表3 線性范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限

2.3 內(nèi)標(biāo)的選擇

由于釬劑中待測(cè)元素含量較高，測(cè)量過(guò)程中受各種因素影響數(shù)據(jù)有波動(dòng)，因此需要加入內(nèi)標(biāo)元素對(duì)測(cè)量波動(dòng)進(jìn)行控制。本實(shí)驗(yàn)選Y元素作為內(nèi)標(biāo)元素，進(jìn)行了加入內(nèi)標(biāo)和不加內(nèi)標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)比，分別處理6份釬劑樣品，選擇加內(nèi)標(biāo)(Y內(nèi)標(biāo)溶液0.2mg/mL，加入2.00mL)和不加內(nèi)標(biāo)方式進(jìn)行測(cè)量，試驗(yàn)結(jié)果(n=6)見(jiàn)表4。

表4 內(nèi)標(biāo)對(duì)測(cè)量精密度的影響

結(jié)果表明，測(cè)量時(shí)加入內(nèi)標(biāo)可以提高測(cè)量的穩(wěn)定性，本方法采用加入內(nèi)標(biāo)的方法。

2.4 樣品分析

按所確定的儀器工作參數(shù)與實(shí)驗(yàn)方法，取同一批次的釬劑樣品6份進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)定結(jié)果及精密度見(jiàn)表5。另取同一批次的釬劑樣品做標(biāo)準(zhǔn)溶液的加入回收試驗(yàn)，回收率結(jié)果見(jiàn)表6

表5 測(cè)定結(jié)果及精密度

表6 回收率

3 結(jié)論

(1)解決了釬劑樣品樣品難以溶解的問(wèn)題，采用微波消解的方法選擇適宜的工作參數(shù)使釬劑樣品溶解完全，簡(jiǎn)便快捷；

(2)考察了釬劑基體及共存元素干擾，確定了分析線，根據(jù)釬劑樣品中硼鈉鈣元素含量合成校準(zhǔn)曲線溶液，通過(guò)加入內(nèi)標(biāo)控制測(cè)量波動(dòng)，建立了適于測(cè)定釬劑中硼鈉鈣元素的方法，并應(yīng)用于實(shí)際樣品分析中。

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[2]蔡志紅，劉宏江，陳平，等.粉末鋁基釬料的焊接性能研究[J].材料研究與應(yīng)用, 2011，(3)： 53-55.

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[5]龐曉輝，高頌，王桂軍.電感耦合等離子體原子發(fā)射法測(cè)定鈦合金中硼[J].分析儀器,2010，(6):50-53.

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Determination of boron,sodium,calcium in brazing flux by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.

Pang Xiaohui1,2，Gao Song1,2，F(xiàn)ang Lina1,2

(1.BeijingInstituteofAeronauticalmaterials,Beijing100095,China；2.BeijingKeyLaboratoryofAeronauticalMaterialsTestingandEvaluation,Beijing100095,China)

A method for determination of boron,sodium,calcium in brazing flux by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES )was proposed .The sample was decomposed with hydrochloric acid and nitric acid by microwave digestion ,the experiment of instrument parameters , selection of analytical lines were studied ,the optimal determination conditions of instrument were obtained ,the analytical line of boron, sodinm and calcium was 182.578, 588.995 and 393.366 nm respectively . The recovery rate was from 98% to 105%, the RSD were less than 1%.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry； brazing flux alloy；boron,sodium,calcium.

龐曉輝，男，1964年出生，技師，本科，從事航空材料化學(xué)成分分析研究工作，E-mail:pangxiaohui136@sina.com。

10.3936/j.issn.1001-232x.2015.04.011

2015-01-12