電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定鈦合金TC4中Fe、Al、V

卜兆杰　陶澤秀　王新梅　康 強(qiáng)　楊琪琪

(1 蘭州蘭石檢測技術(shù)有限公司，蘭州 730314；2 甘肅省機(jī)械材料表征與安全評價工程實驗室，蘭州 730314；3 甘肅省高端鑄鍛件工程技術(shù)研究中心，蘭州 730314)

前言

鈦合金具有強(qiáng)度高，密度小，耐熱性及抗蝕性能好等特點，在航空航天工業(yè)中獲得廣泛的應(yīng)用。TC4鈦合金主要合金元素為Fe、Al、V，其含量范圍受到嚴(yán)格控制。國家標(biāo)準(zhǔn)中鈦合金各元素含量分析主要以濕法化學(xué)分析及原子吸收光譜法為主[1-3]。而濕法分析操作過程繁雜，耗時長，分離不易掌握，導(dǎo)致工作效率低。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法有靈敏度高、分析速度快、可同時分析多種元素等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于材料及環(huán)境化學(xué)分析中[4-8]。本文建立了ICP-AES法測定鈦合金TC4中Fe、Al、V元素的方法，比較了不同酸對試樣的溶解效率，以純鈦作為基體，選擇最佳分析譜線消除元素干擾，精密度及準(zhǔn)確度均能滿足檢測要求。

1　實驗部分

1.1　儀器及工作參數(shù)

德國斯派克Spectro Blue全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀；耐氫氟酸進(jìn)樣系統(tǒng)；氬氣純度>99.99%。

儀器功率1 400 W，冷卻氣流量12.00 L/min，輔助氣流量1.00 L/min，霧化氣流量1.00 L/min。

1.2　試劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液

硝酸、氫氟酸(分析純)；純鈦：ωTi>99.99%；Al、V標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液濃度為1 mg/mL，均購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為0.1 mg/mL，由Fe標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(1 mg/mL，購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心)稀釋而成。

實驗用水為二次去離子水。

1.3　實驗方法

1.3.1樣品處理

稱取0.10 g(精確至0.000 1 g)樣品于聚四氟乙烯燒杯中，加入10 mL硝酸(1+1)及5 mL氫氟酸(1+1)，待試樣完全溶解后，轉(zhuǎn)移至100 mL塑料燒瓶中，用二次去離子水稀釋至刻度，搖勻待用。

1.3.2混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液

分別稱取6份0.100 0 g純鈦，按表1加入各待測元素溶液，加入10 mL硝酸(1+1)及5 mL氫氟酸(1+1)，待試樣完全溶解后，轉(zhuǎn)移至100 mL塑料燒瓶中，用二次去離子水稀釋至刻度，搖勻待用。

表1　標(biāo)準(zhǔn)溶液中各待測元素的加入量Table 1　Content of analytical elements instandard solution　/mg

1.3.3測定方法

按照選定的儀器工作參數(shù)，測定混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液分析譜線的強(qiáng)度。應(yīng)用儀器軟件功能擬合出各待測元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線。在相同實驗條件下，測得待測樣品譜線強(qiáng)度，由工作曲線求出樣品中各元素含量。

2　結(jié)果與討論

2.1　樣品溶解實驗

GB/T4698系列國家標(biāo)準(zhǔn)中鈦合金可以用稀硫酸溶解或采用稀鹽酸加氫氟酸溶解。而采用稀硫酸溶解試樣，反應(yīng)速度極慢，溶解過程不好控制。并且硫酸黏度較大，會影響提升量和測量精密度，所以一般使用ICP-AES法測定時，應(yīng)盡量避免硫酸的使用。利用10 mL硝酸(1+1)及5 mL氫氟酸(1+1)溶解鈦合金，低溫加熱2 min即可完全溶解試樣，故實驗采用硝酸與氫氟酸溶解鈦合金。

2.2　分析線的選擇

鈦合金TC4中Al、V為主量元素。選取待測元素的幾條靈敏線進(jìn)行測定。Al 394.401 nm線沒有明顯干擾，但是強(qiáng)度值過高；V對鋁309.271 nm線存在側(cè)峰干擾，但通過合理扣除背景即可消除干擾，不影響測定結(jié)果；元素Fe在238.24 nm線均無明顯干擾；V自身譜線292.464 nm線對V 292.402 nm線存在側(cè)峰干擾，但通過合理扣除背景，即可消除干擾，不影響測定結(jié)果。實驗采用各元素分析線如表2所示。

表2　選用的元素分析線Table 2　Wavelength of analytical elements

2.3　工作曲線

按照儀器的工作條件對混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測定，鐵的線性方程為y=136.84X+13.64；鋁的線性回歸方程為y=6 256.87X+36.52；釩的線性方程為y=13 666.67X+10.65，相關(guān)系數(shù)均大于0.999。

2.4　方法的精密度

采用本方法對一試樣重復(fù)測量10次，將分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.3%以內(nèi)，方法精密度較好，結(jié)果見表3。

表3　方法精密度實驗結(jié)果Table 3　Result of precision test 　/%

2.5　樣品分析結(jié)果對比

按測定方法，隨機(jī)選取3份TC4鈦合金，通過濕法化學(xué)分析與ICP-AES法比對，結(jié)果與化學(xué)法基本吻合，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4698系列中海綿鈦、鈦及鈦合金化學(xué)分析方法允許差要求，見表4。

表4　分析結(jié)果對照Table 4　Comparison of analytical result of sample　/%

2.6　加標(biāo)回收實驗

取5份鈦合金標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實驗，取鈦合金標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對照實驗，實驗結(jié)果見表5。表5結(jié)果表明，樣品中鐵、鋁、釩的加標(biāo)回收率分別在96.9%～105%，說明方法有較高的準(zhǔn)確度。

表5　加標(biāo)回收實驗Table 5　Rate of recovery　/%

3　結(jié)語

采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鈦合金TC4中Fe、Al、V含量。使用硝酸與氫氟酸溶解試樣，大幅縮短了溶樣時間，選定了各待測元素分析線，優(yōu)化了儀器的工作參數(shù)。精密度實驗表明，待測組分的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于1.3%(RSD，n=10)，方法能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)鈦合金中的Fe、Al、V含量檢測的要求。

[1] 全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC 243).GB/T4698.2—1996 海綿鈦、鈦及鈦合金化學(xué)分析方法 堿分離-EDTA絡(luò)合滴定法測定鋁量[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996.

[2] 全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC 243).GB/T 4698.12—1996海綿鈦、鈦及鈦合金化學(xué)分析方法 硫酸亞鐵銨滴定法測定釩量[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996.

[3] 全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC 243).GB/T 4698.2—2011海綿鈦、鈦及鈦合金化學(xué)分析方法 鐵量的測定[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[4] 賀小雙,薛曉康,林建.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定工業(yè)廢水中的顏料綠58[J].中國無機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(4):1-4..

[5] 龐曉輝,高頌,王桂軍.ICP-AES法測定鈦合金中鉬鈮鋁鐵硅[J].分析儀器(AnalyticalInstrumentation),2015(2):40-43.

[6] 朱麗,劉雷雷,孫寶蓮,等.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[J].中國無機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(4):80-83.

[7] 朱進(jìn)清,付瑞芝.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鈦合金中鈮含量[J].中國醫(yī)療器械信息(ChinaMedicalDeviceInformation),2017,23(3):63-65.

[8] 劉爽,葉曉英,楊春晟.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定高純鋁中Fe、Cu、Mg、Zn、Ti[J].中國無機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(2):42-45.