電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定再生鋁材料中的鎂、銅、鉬、錳、鎘、鉻、鐵

譚秋紅，黃超冠，陳 曼，黃雪霜

(廣西冶金研究院有限公司，廣西 南寧 530023)

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定再生鋁材料中的鎂、銅、鉬、錳、鎘、鉻、鐵

譚秋紅，黃超冠，陳 曼，黃雪霜

(廣西冶金研究院有限公司，廣西 南寧 530023)

采用鹽酸、硝酸、氫氟酸和高氯酸溶解樣品，研究采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定再生鋁材料中的鎂、銅、鉬、錳、鎘、鉻、鐵。試驗結(jié)果表明：鎂、銅、鐵對測定結(jié)果無影響；酸度在2%測定誤差范圍內(nèi)，待測溶液中鹽酸體積分數(shù)不宜超過15%；在儀器最佳工作條件下，采用基體匹配方法消除鋁對測定結(jié)果的影響，方法檢出限、測定下限分別為0.01～0.04 μg/mL和0.03～0.13 μg/mL；方法相對標準偏差為0.49%～3.46%，回收率為98.5%～102.4%。方法靈敏度較好，簡便、準確、可靠，可用于再生鋁材料中多元素的測定。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；再生鋁材料；多元素；測定

再生鋁材料是由廢鋁合金材料和含鋁的廢品經(jīng)過重新熔化提煉而得到的鋁合金或鋁金屬，是金屬鋁的重要來源之一。全世界每年約有1 200萬t廢棄鋁被加工成再生鋁合金，再生鋁合金產(chǎn)量約占原生鋁產(chǎn)量的30%～50%，占鋁市場總需求量的45%[1]。再生鋁材料的原料來源極其復雜，種類繁多[2]。再生鋁材料的主要成分是鋁，同時含有鈣、鎂、銅、鉬、錳、鎘、鉻、鐵、砷等元素。目前，測定鋁制品雜質(zhì)的方法主要有分光光度法[3-4]、火焰原子吸收法[5-6]、比值光譜導數(shù)法[7]、石墨爐原子吸收法[8]和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[9-11]等。有關同時測定再生鋁中雜質(zhì)的方法的研究報道較少。試驗采用鹽酸、硝酸、氫氟酸和高氯酸溶解樣品，采用鋁基體匹配，確定儀器最優(yōu)條件、譜線選擇、共存元素干擾和檢測酸度，建立電感耦合等離子體發(fā)射光譜法同時測定再生鋁材料中的鎂、銅、鉬、錳、鎘、鉻、鐵的方法，以期為再生鋁材料的合理開發(fā)利用提供參考。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Optima8000型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國Perkin Elmer有限公司；AL204電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

鎂、銅、鉬、錳、鎘、鉻、鐵單元素標準儲備液：1 mg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；鹽酸，硝酸，氫氟酸，高氯酸：優(yōu)級純，上海國藥集團；鹽酸(1∶1)：用量筒分別取250 mL水和濃鹽酸于500 mL玻璃瓶中，搖勻備用；鋁片：純度>99.99%，中國船舶重工集團公司第十二研究所；試驗用水均為二次蒸餾水。

1.2 儀器工作條件

用Optima8000型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀進行測定，氬氣純度大于99.99%，儀器相關工作參數(shù)見表1。

表1 測定儀器相關工作參數(shù)

1.3 試驗方法

準確稱取再生鋁材料0.1 g(精確到0.1 mg)，置于聚四氟乙烯坩堝中，加入少量蒸餾水，再依次加入9.0 mL HCl、3.0 mL HNO3，搖勻，然后加入8.0 mL HF、3.0 mL HClO4，混合均勻并蓋上玻璃皿，置于150～200 ℃電熱板上，加熱至冒白煙且樣品呈濕鹽狀，取下冷卻并吹洗少量水，加入4.0 mL HCl(1∶1)溶液，重新加熱至微沸，使樣品完全溶解，冷卻后用水定容于100 mL容量瓶中，搖勻待測，同時做空白樣。

1.4 標準曲線配制

再生鋁材料成分復雜，測定時必須排除基體干擾。再生鋁材料主要成分是鋁，測定時要保證待測樣品和配制的標準溶液間符合類似要求。在標準溶液中加入一定量鋁，以達到與鋁基體相匹配。除鋁基體效應外，其他共存離子間幾乎不存在明顯干擾。

準確稱取0.100 0 g鋁片，置于聚四氟乙烯坩堝中，按1.3試驗方法進行處理，冷卻后轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，備用。向上述100 mL容量瓶中加入相應的單元素標準溶液，所配置的混合標準溶液的質(zhì)量濃度見表2。

表2標準溶液中待測元素的質(zhì)量濃度μg/mL

序號MgCuMoMnCdCrFeSTD00．000．000．000．000．000．000．00STD10．500．500．100．100．100．100．50STD21．001．000．500．500．200．201．00STD32．002．001．001．000．500．502．00STD44．004．002．002．001．001．004．00STD58．008．005．005．002．002．008．00

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 溶樣方法的選擇

分別采用鹽酸、王水和混合酸(鹽酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸混合)溶解樣品，對3種溶樣方法進行對比。試驗結(jié)果表明：鹽酸無法使樣品完全溶解，且存在殘渣、溶液渾濁現(xiàn)象；王水溶解樣品時易出現(xiàn)樣品爬壁現(xiàn)象，在坩堝中難以消除，樣品也不易完全溶解；混合酸溶樣可使樣品快速、完全溶解，能實現(xiàn)多元素同時測定，故選用混合酸溶樣法對樣品進行處理。

2.2 分析譜線的選擇

選擇各元素分析線波長時，應盡量排除光譜干擾，選擇線性范圍寬且線性好、干擾譜峰小及穩(wěn)定性高的譜線，同時考慮鋁基體對測定結(jié)果的影響。具體分析譜線的選擇見表3。

表3 分析譜線的選擇

2.3 檢出限和測定下限

測定空白溶液11次，以測定結(jié)果標準偏差的3倍作為測定方法的檢出限，標準偏差的10倍作為測定方法的測定下限。試驗結(jié)果見表4。

表4 測定方法的檢出限和測定下限 μg/mL

2.4 其他元素干擾試驗

再生鋁材料主要成分中，鎂、銅、鐵質(zhì)量分數(shù)較高，其他元素質(zhì)量分數(shù)均低于2%。分別向3個50 mL容量瓶中加入Mg、Cu、Fe標準溶液，調(diào)整質(zhì)量濃度為500 μg/mL，以此作為干擾元素，再向其中加入其他待測元素的標準溶液，調(diào)整質(zhì)量濃度均為1.00 μg/mL。測定結(jié)果見表5?？梢钥闯觯V、銅、鐵元素不與其他共存離子存在明顯干擾，在3.0%誤差允許范圍內(nèi)，可以不考慮鎂、銅、鐵元素基體效應的影響。

表5 干擾試驗測定結(jié)果 μg/mL

2.5 溶液酸度對測定的影響

樣品酸度對待測元素的譜線強度有影響；此外，酸度過高易對儀器造成損壞。采用混合酸溶解樣品，最后在鹽酸存在條件下對樣品進行檢測。取4個100 mL容量瓶，向每個容量瓶中準確加入鎂、銅、鉬、錳、鎘、鉻、鐵單標溶液各0.10 mL，然后依次加入鹽酸(1∶1)4.0、10.0、20.0和30.0 mL，用水定容，即各元素質(zhì)量濃度均為1.00 μg/mL，鹽酸體積分數(shù)分別為2%、5%、10%和15%，用水定容待測，測定結(jié)果見表6。

表6 溶液酸度對測定結(jié)果的影響

由表6看出：鹽酸體積分數(shù)對各元素測定結(jié)果影響不大，但隨鹽酸體積分數(shù)增大，測定誤差趨向于偏大。所以，在2%誤差允許范圍內(nèi)，建議酸度以不超過10%為宜。

2.6 方法精密度和回收率

準確稱取再生鋁材料管理標準樣品(BY2062073)0.100 0 g 2份，按試驗方法進行溶解。對未加標樣品測試11次。精密度測定試驗結(jié)果見表7；向另外1份樣品加入鎂、銅、鉬、錳、鎘、鉻、鐵標準溶液，加標回收試驗結(jié)果見表8。由表7、8看出：鎂、銅、鉬、錳、鎘、鉻、鐵測定結(jié)果的相對標準偏差(RSD)在0.49%～3.46%范圍內(nèi)；回收率在98.5%～102.4%范圍內(nèi)。說明本方法精密度和回收率符合要求，能夠滿足再生鋁材料中各項雜質(zhì)的分析檢測要求。

表7 測定方法的精密度 %

表8 加標回收試驗結(jié)果

3 結(jié)論

采用鹽酸、硝酸、氫氟酸和高氯酸混合溶液溶解再生鋁材料，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定其中的鎂、銅、鉬、錳、鎘、鉻、鐵，測定結(jié)果的相對標準偏差(RSD)均小于3.46%，方法回收率在98.5%～102.4%范圍內(nèi)。方法可滿足鋁再生工業(yè)檢測需求。

[1] NAKAJIMA K,OSUGA H,YOKOYAMA K,et al.Material flow analysis of aluminum dross and environmental assessment for its recycling process[J].Journal of the Japan Institute of Metals,2007,48(8):2219-2224.

[2] 孫德勤.淺談廢鋁再生的可持續(xù)發(fā)展[J].鑄造技術,2013，34(1):21-23.

[3] 陳亞華,劉一真.雙波長分光光度法同時測定鋁合金中銅和鐵[J].冶金分析,1990,10(1):17-19.

[4] 王貴方.4,4’-二硝基苯基重氮氨基偶氮苯分光光度法測定鋁合金中微量鎳[J].冶金分析,2006,26(4):85-86.

[5] 肖緒華.微量進樣火焰原子吸收法測定鋁合金中的銅、鎂、錳、鋅[J].光譜學與光譜分析,1989，9(1):55-58.

[6] 劉忠雅.火焰原子吸收光譜法測定鋁合金中銅鎂錳鎳鐵鋅[J].理化檢驗(化學分冊),2002,38(8):413-413.

[7] 劉葵,耿玉珍,楊景芝,等.比值光譜導數(shù)法同時測定鋁合金中鐵、銅、鋅[J].分析化學,1998，26(10):1201-1204.

[8] 孫寶蓮,張小燕,李波.石墨爐原子吸收法測定合金鋼、銅合金及鋁合金中微量鈦[J].稀有金屬材料與工程,2003,32(1):76-79.

[9] 陶俊.電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定鋁合金中多元素[J].理化檢驗(化學分冊),2007,43(9):769-770.

[10] 趙子云,梅連平,史鑫,等.懸浮液直接進樣ICP-OES法測定高純氧化鋁中的鐵、鈦、硅、鉻[J].化學分析計量,2017，26(1):55-57.

[11] 馬兵兵.ICP-AES法測定鋁酸鈉溶液中的總硫和低價硫[J].濕法冶金,2017,36(1)：78-82.

DeterminationofMagnesium,Copper,Molybdenum,Manganese,Cadmium,ChromiumandIroninRegeneratedAluminumMaterialsbyInductivelyCoupledPlasmaAtomicEmissionSpectrometry

TAN Qiuhong,HUANG Chaoguan,CHEN Man,HUANG Xueshuang

(GuangxiResearchInstituteofMetallurgyCo.,Ltd.，Nanning530023,China)

Dissolving samples using hydrochloric acid,nitric acid,hydrofluoric acid and perchloric acid,a method for determination of magnesium,copper,molybdenum,manganese,cadmium,chromium and iron in regenerated aluminum materials by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry was established.The results show that the content of hydrochloric acid in the solution should not exceed 15% in the error range of 2%.The interference from matrix elements in samples can be diminished by aluminum matrix matching method under the optimal experimental conditions.The detection limit and low limit of determination are 0.01～0.04 μg/mL,0.03～0.13 μg/mL.The relative standard deviation(RSD) is 0.49%～3.46%,the recovery rate is 98.5%～102.4%.The method is sensitive,simple,accurate,reliable and suitable for determination multi-elements in regenerated aluminum materials.

ICP-AES;regenerated aluminum materials;multi-elements；determination

O657.3

A

1009-2617(2017)06-0521-04

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.06.017

2017-03-18

譚秋紅(1976-),女，廣西南寧人，本科，工程師，主要研究方向為材料分析化學。E-mail:1742367539@qq.com。

黃超冠(1988-)，男，廣西南寧人，碩士研究生，工程師，主要研究方向為冶金分析。E-mail:yg8107@126.com。