電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定銅鉻銦合金中的痕量銦

許 方， 李 勇

(1.江西理工大學分析與測試中心，江西贛州 341000； 2.江西理工大學工程研究院，江西贛州 341000)

銅鉻合金的機械強度和硬度較高，導電、導熱性能好，具有優(yōu)良的耐磨性和減磨性能，以及良好的抗高溫氧化、耐磨蝕和加工性能好等特性，廣泛應用于在高溫下要求高強度、高硬度、高導電性和導熱性的零件。在銅合金中添加少量銦，可提高結晶溫度，細化晶粒，優(yōu)化合金性能。銦元素的測定現(xiàn)在一般采用火焰原子吸收光譜法[1 - 2]、分光光度法[3]和EDTA滴定[4]等。我國國家標準中關于銦的測定方法有EDTA絡合返滴定法[5]和乙基紫分光光度法[6]，步驟繁瑣，流程較長，消耗試劑較多，而且樣品溶液的介質(zhì)和元素之間的干擾對數(shù)據(jù)影響較為明顯。

本文建立了基于電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)的銅鉻銦合金中銦元素的定量分析方法，選取銦的最佳分析譜線、優(yōu)化儀器操作參數(shù)，通過基體匹配法對實際樣品中的銦進行定量，通過元素的干擾實驗、加入回收等方法驗證[7]了該方法的抗干擾能力及準確性。

1 實驗部分

1.1 儀器及主要試劑

采用美國賽默飛世爾公司的IRIS Intrepid Ⅱ 全譜直讀型電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對目標元素進行測定，波長范圍為165～1 050 nm，中階梯光柵，CID檢測器，進樣系統(tǒng)為垂直觀察式矩管，工作氣體為高純氬氣(≥99.999%)。

In元素標準貯存溶液(1 000 mg/L，國家標準物質(zhì)中心)；高純銅片(>99.999%，國家標準物質(zhì)中心)；高純鉻粉(>99.99%，國家標準物質(zhì)中心)。對標準貯存溶液進行逐級稀釋，配制成相應濃度的標準溶液；高純銅片和高純鉻粉分別溶解配制成1.0 g/L銅標準溶液和1.0 g/L鉻標準溶液。HCl、HNO3為優(yōu)級純；實驗用水為二次蒸餾水。

1.2 實驗方法

稱取待測合金試樣0.2000 g左右，置于50 mL燒杯中，加入10 mL HNO3(1+1)和 5 mL HCl(1+1)，低溫加熱，待試樣完全反應溶解后煮沸去除氮氧化物，靜置冷卻至室溫，加入二次蒸餾水稀釋定容至100 mL容量瓶，搖勻，待測。

2 結果與討論

2.1 工作參數(shù)的確定

采用20 mg/L的銦標準溶液對工作參數(shù)進行優(yōu)化，包括射頻功率、霧化器壓力、輔助氣流量以及積分時間等，最后確定儀器工作參數(shù)為：功率1 200 W；霧化器壓力0.179 MPa；輔助氣流量1.0 L/min；蠕動泵速110 r/min；長波曝光時間10 s；短波曝光時間20 s。

2.2 基體效應

在ICP-OES中，若分析溶液的總鹽量含量較低的話， 可以不考慮基體干擾；但若基體物質(zhì)的濃度較高的話，則應考慮基體效應。一般采用基體匹配法或標準加入法來抑制或者消除基體效應。 因本研究方法的試樣是高Cu-Cr合金，Cu、Cr元素含量高，而In元素作為微量添加元素用以改善合金性能，所以In元素含量一般在1.5%以內(nèi)，需要考慮Cu、Cr對In譜線的干擾情況。首先設定已優(yōu)化的工作參數(shù)，對In元素含量為0、5、10、20 mg/L標準溶液建立工作曲線，然后將二次蒸餾水、Cu標準溶液(1 000 mg/L)和Cr標準溶液(200 mg/L)分別作為編號為G -1、G -2和G -3樣品進行測定，將G -1和G -2檢測譜線疊加觀察Cu元素對In元素譜線的干擾情況，將G -1和G -3檢測譜線疊加觀察Cr元素對In元素譜線的干擾情況。經(jīng)過測定表明，G -2樣品譜線比G -1樣品譜線背景強度增高，G -3譜線與G -1譜線相比無明顯變化，說明合金中Cu對測試譜線背景有一定影響，而Cr未對In元素產(chǎn)生明顯干擾。

2.3 標準曲線的建立

本方法選用Cu-Cr合金作Cu-Cr基體繪制標準曲線。稱取純Cu 0.07 g(>99.999%)和純Cr粉0.03 g(>99.99%)各五份按照方法溶解冷卻，分別移入C1～C5號五個50 mL容量瓶中，然后分別移取1.0 g/L的In標準溶液0、0.3、0.8、1.0和1.5 mL至C1～C5號容量瓶中，加二次蒸餾水至刻度，搖勻。標準化運行后，得出Ins的質(zhì)量濃度在30 mg/L 以內(nèi)與對應的發(fā)射強度呈線性關系，線性回歸方程為：I=15.658c+11.452，相關系數(shù)為0.9997。

2.4 檢出限與分析譜線的選擇

選取三條In譜線230.606、325.609和303.936 nm，將C1號空白作為樣品進行重復11次檢測，以各譜線測試數(shù)據(jù)的3倍標準偏差為檢出限，計算后分別為0.009、0.008和0.010 mg/L。綜合考慮譜線強度、穩(wěn)定性、檢出限以及干擾情況等，選定230.606為In元素的分析譜線。

2.5 樣品分析

本方法選用的Cu-Cr-In合金是將Cu-Cr合金用微合金化法微量添加不同含量的In元素，采用非真空條件下制備。在已確定的工作參數(shù)下，選取制備的三個不同In含量的Cu-Cr合金試樣CKS -1、CKS -2和CKS -3按照試驗方法進行測量，經(jīng)過10次平行測試，分別得出In元素的質(zhì)量濃度為0.308%、0.526%和0.786%，RSD分別為3.87%、2.56%和3.16%。另取上述三個試樣分別加入高、中、低不同量的標準溶液進行加標回收試驗，結果見表1。回收率在94%～104%之間，能滿足檢驗要求。

表1 回收率試驗

3 結論

In通常作為微量元素添加至Cu合金中以提高其性能指標，為了對Cu合金中In的摻入量進行控制和檢測，基于電感耦合等離子體發(fā)射光譜法建立了Cu-Cr合金中In元素的有效分析方法，重現(xiàn)性好，準確可靠，可用于Cu-Cr合金中In元素的日常分析檢測。