ICP-AES法測定鈦合金中鉬鈮鋁鐵硅

龐曉輝　高　頌　王桂軍

(1.中航工業(yè)北京航空材料研究院，北京 100095；2.航空材料檢測與評價北京市重點實驗室，北京 100095)

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ICP-AES法測定鈦合金中鉬鈮鋁鐵硅

龐曉輝1，2高頌1王桂軍1

(1.中航工業(yè)北京航空材料研究院，北京 100095；2.航空材料檢測與評價北京市重點實驗室，北京 100095)

摘要：介紹了用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)法測定鈦合金中Mo、Nb、Al、Fe、Si元素的方法。樣品采用鹽酸、氫氟酸和硝酸溶解， 考察了鈦合金基體和共存元素對待測元素的影響，確定了各待測元素分析線分別為Mo 202.031 nm 、 Nb 269.706 nm、Al 394.401 nm、Fe 239.562 nm、Si 251.611 nm。選定的待測元素分析線不受合金基體和共存元素的干擾,通過在校準(zhǔn)曲線溶液中進行基體匹配消除基體的影響，通過加入內(nèi)標(biāo)控制測量波動，選擇了儀器工作參數(shù)，進行了標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對照試驗，試驗結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相符，進行了加入回收試驗，回收率在 90～110%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于6%。

關(guān)鍵詞：鈦合金；Mo、Nb、Al、Fe、Si；ICP-AES

1實驗部分

1.1　儀器及工作條件

美國Perkin Elmer公司生產(chǎn)的Optima5300V型全譜直讀電感耦合等離子體光譜儀。高頻頻率：40MHz；正向功率：1.1kW，觀測高度：15mm，冷卻氣流量：12L/min，載氣流量：0.8L/min，輔助氣流量：0.2L/min；

分析元素譜線：

Mo 202.031nm 、 Nb 269.706 nm、Al 394.401nm、Fe 239.562 nm、Si 251.611 nm

1.2　試劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液

鹽酸、硝酸、氫氟酸均為優(yōu)級純，水為去離子水，基準(zhǔn)鈦純度大于99.95%。

所用器皿燒杯為聚四氟乙烯材料，容量瓶為塑料容量瓶，各待測元素鉬、鈮、鋁、鐵、硅單標(biāo)準(zhǔn)儲備液均為1.00mg/mL的國家標(biāo)準(zhǔn)溶液，國家鋼鐵材料測試中心制，使用時根據(jù)需要配制成適當(dāng)濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

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，補加15 mL鹽酸，用水稀釋至刻度，混勻。

無錫市“長江河道采砂管理合作機制”的參與單位分別為江陰海事局、無錫市地方海事局、無錫市水警支隊、江陰市水上派出所、長航公安張家港派出所等。按照兩部委關(guān)于“長江涉砂船只整治的要求”，無錫市有關(guān)部門協(xié)作聯(lián)動，依法摸清了長江江陰段采砂船只情況。目前，長江江陰段共有5艘采砂船和41艘過駁吊機船登記入冊，其中5艘采砂船為江陰籍采砂船主所有，已全部在指定的蘆埠港閘口內(nèi)集中停泊，接受統(tǒng)一管理。41艘過駁吊機船基本集中停泊在長江申港段水域內(nèi)，全部證照齊全。

1.3　試驗方法

1.3.1　試樣溶液的制備

稱取0.1000g試樣于150mL燒杯中，加入10mLHCl， 1mL HF，1mL HNO3低溫溶解(水浴控溫70°C)，待試樣完全溶解，冷卻，加入Y內(nèi)標(biāo)溶液2.00mL，轉(zhuǎn)移到100mL塑料容量瓶中用水定容，混勻待測。

1.3.2　校準(zhǔn)曲線溶液的制備

分別稱取0.08g純鈦4份，于4個150mL聚四氟乙烯燒杯中，分別加入適量待測元素鉬、鈮、鋁、鐵、硅的標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后按試樣溶液的制備步驟進行，配制成校準(zhǔn)曲線溶液，校準(zhǔn)曲線系列溶液濃度見表1。

表1　校準(zhǔn)曲線溶液濃度　μg/mL

1.3.3　測量

在選定的儀器工作條件下上機測量，根據(jù)各元素校準(zhǔn)曲線溶液的濃度和對應(yīng)信號強度值，以待測元素濃度為橫坐標(biāo),測得的強度為縱坐標(biāo)繪制校準(zhǔn)曲線,再測樣品溶液的信號強度，根據(jù)校準(zhǔn)曲線求得待測樣品中元素含量。

2結(jié)果與討論

2.1　樣品溶解試驗

(1)一般鈦合金可以用稀硫酸溶解，也可采用鹽酸加氫氟酸溶解或者硝酸加氫氟酸溶解，航標(biāo)中ICP-AES方法處理鈦合金采用硫酸溶解，加硝酸氧化的方法,但采用稀硫酸溶解鈦合金樣品時速度慢，溶解過程不易控制。經(jīng)試驗采用鹽酸、氫氟酸加硝酸溶解鈦合金效果較好，可很快溶解各類鈦合金，另外本方法需要分析硅元素，硅與氫氟酸在高溫時會生成四氟化硅氣體揮發(fā)，因此溶解時需要控制溫度在70°C以下，本方法采用10mLHCl， 1mL HF，1mL HNO3低溫溶解方法進行樣品處理。

(2)溶液酸度控制

溶液酸度的大小對ICP光譜儀譜線激發(fā)強度有影響，一般溶液酸度越大激發(fā)的譜線強度隨之減弱，即酸效應(yīng)，因此必須保持校準(zhǔn)曲線溶液和樣品溶液的酸度一致，本實驗選擇溶液酸度控制在10%左右，保證樣品溶解時快速溶解完全。

2.2　分析線選擇

選擇各待測元素Mo、Nb、Al、Fe、Si的靈敏線數(shù)條，用各待測元素的單標(biāo)準(zhǔn)溶液(10μg/mL)和基體鈦(1.00mg/mL)的單標(biāo)準(zhǔn)溶液在儀器上做譜圖掃描，考察待測元素譜線受干擾情況，試驗結(jié)果表明基體鈦對低含量元素鐵、硅有背景干擾，測量時校準(zhǔn)曲線需用鈦進行基體匹配，鉬對鋁、鈦對鈮的靈敏線有譜線干擾，經(jīng)選擇對比，最終確定待測元素的分析線和扣背景點，見表2。

表2　元素分析譜線及扣背景點　 nm

2.3　內(nèi)標(biāo)的選擇

由于鈦合金中待測元素含量較高，測量過程中受各種因素影響數(shù)據(jù)會有波動，因此需要加入內(nèi)標(biāo)元素對測量波動進行控制。本實驗選Y作為內(nèi)標(biāo)元素，進行加入內(nèi)標(biāo)和不加內(nèi)標(biāo)測量數(shù)據(jù)的對比，分別處理6份同鈦合金樣品，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)方式進行上機測量，試驗結(jié)果(n=6)，見表3。

表3　內(nèi)標(biāo)對測量精密度的影響

結(jié)果表明加入可以改善測量的精密度，本實驗采用加內(nèi)標(biāo)的方法。

2.4　檢出限、回收率和相關(guān)系數(shù)

方法的檢出限是選用的分析方法和所用儀器進行分析的重要技術(shù)指標(biāo)，它表明該方法所能檢測元素的最低濃度，在確定的儀器測量條件下，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)射的譜線強度為縱坐標(biāo)繪制校準(zhǔn)曲線，對空白溶液進行了11次測定，計算其標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差為其檢出限，方法的檢出限，線性范圍、相關(guān)系數(shù)見表4。

表4　檢出限、線性范圍和相關(guān)系數(shù)

2.5　加入回收試驗和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對照試驗

取11份鈦合金樣品進行了加入回收試驗，取鈦合金標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)做標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對照試驗，試驗結(jié)果見表5、表6。

表5　回收率和精密度

表6　標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(101101XTi1)對照結(jié)果

3結(jié)論

本方法采用ICP-AES法對含有高量鉬的新型鈦合金中鉬、鈮、鋁、鐵、硅元素的分析進行了研究，對鈦合金樣品的溶解、酸度的選擇進行了試驗?？疾炝嘶w和主量元素對待測元素的干擾情況，選定了分析線，優(yōu)化了儀器的工作參數(shù)，進行了標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對照試驗，測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相符；對鈦合金樣品進行了加入回收試驗，回收率在 90～110%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于6%。結(jié)果表明本方法準(zhǔn)確可靠，回收率、精密度滿足分析的要求,能解決新型鈦合金中高量鉬的檢測需求,已經(jīng)應(yīng)用于實際檢測工作中。

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Determination of Mo, Nb, Al, Fe and Si in titanium alloy by ICP-AES.

PangXiaohui1，2，GaoSong1,WangGuijun1

(1.AVICBeijingInstituteofAeronauticalMaterialsBeijing10095,China; 2.BeijingKeyLaboratoryofAeronauticalMaterialsTestingandEvaluation，Beijing100095,China)

Abstract:A method for determination of Mo, Nb, Al, Fe and Si in titanium alloy by ICP-AES was studied. The sample was decomposed with HCl，HF and HNO3.The analysis lines were Mo 202.031 nm, Nb269.706 nm,Al394.401 nm,Fe239.562 nm and Si251.611 nm, respectively，the effect of matrix and coexist elements on the determination were investigated, the instrument parameters were carried out. The determination results were in good agreement with standard reference material, the recovery rate was from 90 to 110%, the RSD was less than 6%.

Key words：titanium alloy；Mo, Nb,Al,Fe,Si；ICP-AES

收稿日期：2014-10-16

DOI:10.3936/j.issn.1001-232x.2015.02.009

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