電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定TB6鈦合金中的Al和V

朱麗 劉雷雷 孫寶蓮 李波

（西北有色金屬研究院，西安710016）

前言

TB6鈦合金屬于近β型鈦合金，具有高強、高韌、高淬透性等特點，被廣泛應(yīng)用于航空航天、生物制藥、石油化工等領(lǐng)域[1-3]。其含量及其分布均勻性對TB6鈦合金的強度、立方織構(gòu)有直接的影響，因此對Al、V含量進行快速準確的測定具有重要意義。

TB6鈦合金中高含量V的測定方法常用硫酸亞鐵銨滴定法，流程較長，操作繁瑣[4-6]。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）法操作簡單，靈敏度高、精密度好[7-9]。采用ICP-AES法同時測定TB6鈦合金中Al、V含量，優(yōu)化實驗條件并建立相應(yīng)的分析方法。采用鹽酸及氫氟酸分解試樣，加入硝酸溶解完全，選擇合適的譜線及儀器工作參數(shù)，采用基體匹配法消除基體干擾。結(jié)果表明，高含量V與硫酸亞鐵銨滴定法結(jié)果吻合，ICP-AES法測定Al、V含量相對標準偏差分別為1.2%、0.45%，方法操作簡便，準確度及精密度較好，可以滿足日常生產(chǎn)和測定需求。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

Advantage IRIS電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國熱電公司）：分辨率小于0.006 nm（200 nm處），具備耐氫氟酸霧化器系統(tǒng)。

1.2 主要試劑

鹽酸（1+1）、氫氟酸（1+1）、硝酸（1+1），純鈦基體（ωTi≥99.5%），氬氣（ωAr≥99.99%），所用試劑均是分析純及以上級別，實驗用水為二次去離子水。

鋁標準儲備溶液（1.0 mg/m L）：稱取0.500 0 g高純鋁（ωAl＞99.99%）于鉑坩堝中，加入5 m L HCl，加熱溶解完全，冷卻，移入500 m L容量瓶中，稀釋至刻度，混勻。

釩標準儲備溶液（1.0 mg/m L）：稱取0.500 0 g高純釩（ωV＞99.99%）于鉑坩堝中，加入5 m L HCl，加熱溶解完全，冷卻，移入500 m L容量瓶中，稀釋至刻度，混勻。

1.3 實驗方法

1.3.1 基體溶液的制備

稱取0.100 g純鈦基體6份，分別置于一組150 m L聚四氟乙烯燒杯中，加入5 m L鹽酸（1+1），1 m L氫氟酸（1+1），蓋上表面皿，低溫加熱至試樣溶解完全，加入0.5 m L硝酸（1+1）溶解至清亮，取下冷卻至室溫。將溶液移入100 m L容量瓶中。再移取一定量Al、V標準溶液，置于此容量瓶中，用水定容，混勻，以備ICP-AES法測定。

1.3.2 樣品分析方法

稱取0.10 g（精確至0.000 1 g）試樣置于150 m L聚四氟乙烯燒杯中，以少許水潤濕，加入5 m L鹽酸（1+1），1 m L氫氟酸（1+1），蓋上表面皿，低溫加熱至試樣溶解完全，加入0.5 m L硝酸（1+1）溶解至清亮，取下冷卻至室溫。轉(zhuǎn)入100 m L容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

在電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀上，于Al 237.3 nm、V 292.402 nm波長處（必要時扣除背景）測定其發(fā)射強度及隨行空白的發(fā)射強度，在工作曲線上查出試樣溶液中對應(yīng)的Al、V含量。

1.4 工作曲線的繪制

稱取0.100 g純鈦6份于100 m L聚四氟乙烯燒杯中，加入5 m L鹽酸（1+1），1 m L氫氟酸（1+1），緩慢加熱至試樣溶解完全，滴加0.5 m L硝酸（1+1）至溶液紫色消失，繼續(xù)加熱驅(qū)除氮的氧化物。

移取0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 m L 鋁標準儲備溶液，0、3.00、6.00、9.00、12.00、15.00 m L釩標準儲備溶液于6個100 m L容量瓶中，加入10 m L純鈦基體溶液，用水稀釋至刻度，混勻。

將標準系列溶液在電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀上，于Al 237.3 nm、V 292.402 nm波長處（必要時扣除背景）測定發(fā)射強度，以Al、V的質(zhì)量濃度為橫坐標，發(fā)射強度為縱坐標繪制標準工作曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 元素分析線的選擇

被分析元素譜線的選擇十分重要，需沒有光譜干擾且靈敏。分別對Al、V標準溶液，基體溶液，基體溶液加Al、V標準溶液進行譜圖掃描，確定了Al、V分析譜線，數(shù)據(jù)見表1。

表1 元素分析譜線Table 1 The analytical lines for elements /nm

2.2 儀器參數(shù)

考察了射頻發(fā)射功率、霧化器壓力、輔助氣流量、進樣泵速等對Al、V元素發(fā)射強度的影響，選擇了折中的儀器測定參數(shù)，見表2。

2.3 儀器短時穩(wěn)定性

將Al最大質(zhì)量濃度（50μg/m L），V最大質(zhì)量濃度（15 mg/m L）連續(xù)測定5次，采用相對標準偏差表示儀器短時穩(wěn)定性，經(jīng)實驗，Al、V發(fā)射光絕對強度的相對標準偏差（RSD）分別為0.38%和0.27%，小于通常要求的1%。

表2 儀器最佳測定參數(shù)Table 2 The selected parameters for measurement.

2.4 元素檢出限和定量下限的確定

按標準工作曲線配制空白溶液，對空白溶液連續(xù)測定11次，以3倍的11次空白溶液標準偏差為元素的檢出限，以檢出限的5倍作為元素的檢測下限。數(shù)據(jù)列于表3。

表3 元素檢出限和檢測下限Table 3 The limit of detection for Al and V elements.

2.5 標準工作曲線繪制

按儀器工作條件，將配制好的標準工作曲線于電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀上進行測定。結(jié)果列于表4。

表4 分析譜線與線性回歸Table 4 The analytical spectral and linear regressions.

2.6 干擾實驗

采用ICP-AES法測定TB6合金中的Al、V量，按照鈦及鈦合金產(chǎn)品標準“GB/T 3620.1—2007”中涉及含Al、V的所有鈦合金牌號，確定共存元素并進行鈦基體及 Mo、Cr、Fe、Zr、Sn等共存元素的干擾實驗。

2.6.1 基體的影響

考察了不同量的 Ti基體 0、50、100、250、1 000 mg/L對Al（5 mg/L）和V（5 mg/L）測定強度的影響，結(jié)果見表5。

表5 基體干擾實驗Table 5 The tests of matrix interference.

由表5可見，Ti基體對于Al和V的測定有一定程度的正干擾，實驗采用基體匹配的標準工作曲線，以消除基體的干擾。

2.6.2 背景干擾

光譜干擾主要考慮譜線干擾，實驗表明選用合適的分析譜線，采用背景扣除及基體匹配法，可消除背景干擾。

2.6.3 共存元素的干擾

于一系列100 m L容量瓶中，加入鈦合金中存在的最高含量合金及雜質(zhì)元素，分別加入0、200、400μg Al和V標準溶液，按照擬定的方法進行Al和V的測定。Al和V的回收率在99.3%～101%。

結(jié)果表明（以 mg計），Sn（35）、Pb（150）、As（50）、Fe（150）、Cu（10）、Zn（15）、Sb（25）、CaO（25）、MgO（10）、SiO2（15）、Al2O3（2）、WO3（12.5）、Ag（0.25）、Ni（0.5）共同存在時，對 Al和 V的測定無明顯影響。

2.7 溶解試劑的選擇

鈦及鈦合金試樣的溶解一般可以用鹽酸、硫酸或鹽酸+氫氟酸+硝酸等溶解方式。Al、V元素在H2SO4介質(zhì)中能夠穩(wěn)定存在，但在采用ICP-AES法測定中，大量引入H2SO4會嚴重影響溶液提升量，影響測定結(jié)果的準確性、穩(wěn)定性；單純用鹽酸溶解，溶解速度緩慢；鹽酸+氫氟酸+硝酸的混酸溶解法，反應(yīng)速度快，溶解效率高。因此實驗選用鹽酸+氫氟酸+硝酸溶解試樣。

10%以內(nèi)的鹽酸、硝酸，5%以內(nèi)的氫氟酸不干擾Al、V的測定，實驗選擇加入5 m L鹽酸、1 m L氫氟酸溶解試樣，補加0.5 m L硝酸氧化使鈦的紫色消失，助溶。使溶液鹽酸濃度為5%（V/V），并控制試樣溶液與標準工作曲線溶液酸濃度保持一致。

2.8 精密度實驗

對試樣TB6中Al、V的含量，采用擬定的分析方法進行11次獨立的測定，計算平均值及相對標準偏差，得到方法的精密度，測定結(jié)果見表6。

表6 精密度實驗Table 6 The precision test(n=11)

從表6可以看出，對于TB6合金樣品中Al和V的測定，方法的相對標準偏差分別為1.2%和0.45%，小于通常要求的2.5%，證明方法精密度較好。

2.9 加標回收實驗

按實驗方法操作，對已知含量的TB6合金樣品進行檢測，進行加標回收實驗，測定結(jié)果如表7所示。

表7 加標回收實驗Table 7 The Recovery Test /%

3 結(jié)論

采用硝酸和氫氟酸溶樣，ICP-AES法對TB6合金樣品中的Al、V元素進行測定，Al、V元素的加標回收率分別在97.5%～100%和98.4%～102%，RSD分別為1.2%和0.45%，可用于TB6合金中Al、V含量的實際測定。

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