電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定新型Al-Cu-Li 系合金中Cu、Li、Ag、Mg和Zr的含量

于英杰

(中國科學院金屬研究所，沈陽 110016)

前言

Al-Cu-Li系合金是一種新型的鋁鋰合金，由于具有低密度、高彈性模量、高比強度和高比模量等優(yōu)點，已在航空及航天工業(yè)上得到廣泛應用[1]。Li是最輕的金屬元素，將1%～2%的Li添加到鋁合金中，能有效降低鋁合金密度、提高模量；添加2%～4%的Cu能顯著提高合金的強度以及改善塑韌性；除此之外，在鋁合金中同時添加微量Mg和Ag，能顯著提高時效強化效應；添加0.1%左右的Zr，能抑制合金再結晶并能細化晶粒，改善合金的強韌性[1-2]。準確測定Al-Cu-Li系合金中Cu、Li、Ag、Mg和Zr的含量十分重要。

目前，報道的關于鋁鋰合金的成分分析方法主要有X射線熒光光譜法(XRF)[3]、火焰原子吸收光譜法(FAAS)[4]和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)[5-6]等。XRF法目前不能直接測定超輕元素，如Li；FAAS只適于單元素分析，而且測定不同元素時，必須更換光源燈，為分析工作帶來不便；ICP-AES法由于靈敏度高、基體干擾小、線性范圍廣，能同時測定多元素等優(yōu)點[7]，已廣泛用于鋁合金的測定。已有ICP-AES法測定鋁鋰合金中Li和Ag的報道，但未見同時測定Cu、Li、Ag、Mg和Zr的報道。采用鹽酸-硝酸混合酸溶樣，用過量鹽酸使AgCl沉淀形成溶解度較高的絡合物，用ICP-AES法同時測定了Al-Cu-Li合金中Cu、Li、Ag、Mg和Zr的含量，方法準確，快捷，可滿足日常分析的需求。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

iCAP6300型全譜直讀等離子體原子發(fā)射光譜儀(美國賽默飛世爾公司)。

Cu、Li、Ag、Mg和Zr標準儲備溶液(鋼鐵研究總院)：均為1 000 μg/mL，用時稀釋至所需濃度。

鋁基體溶液的配制(10.0 mg/mL)：稱取1.000 0 g純度大于99.99%的高純鋁于玻璃燒杯中，加20 mL鹽酸(1+1)，加幾滴硝酸低溫加熱至溶解，移入100 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。

硝酸和鹽酸為優(yōu)級純，實驗用水為電阻率18.0 MΩ·cm的去離子水。

1.2 樣品處理

準確稱取0.100 0 g試樣于100 mL玻璃燒杯中，加入30 mL鹽酸(1+1)和5 mL濃硝酸，待試樣全部溶解，將溶液轉移到100 mL玻璃容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。

1.3 標準工作曲線溶液配制

根據試樣中鋁基體的含量，移取4份適量的10.0 mg/mL高純鋁基體溶液，分別置于100 mL玻璃燒杯中，加入適量的Cu、Li、Ag、Mg和Zr標準溶液，見表1，加入30 mL鹽酸(1+1)和5 mL濃硝酸，稀釋至刻度。在選定的儀器分析條件下測定。

表1 標準工作曲線溶液Table 1 Calibration curve solutions /%

2 結果與討論

2.1 溶樣方法

鋁合金的溶解，可以堿溶，也可以酸溶。堿溶主要采用氫氧化鈉溶解，酸化溶解氫氧化物不溶物，但采用ICP-AES法測定時，鈉離子的引入易堵塞霧化器以及產生離子化干擾等問題，因此應盡量避免使用堿溶法。采用酸溶時，由于需要測定Al-Cu-Li合金中Ag的含量，而Ag與鹽酸易生成氯化銀沉淀，因此，應注意酸的使用，避免生成AgCl沉淀而影響測定結果。溶解含銀鋁合金試樣可采用：1)30 mL鹽酸(1+1)+5 mL硝酸，過量鹽酸將AgCl沉淀絡合為溶解度較高的[AgCl2]-；2)硝酸+氫氟酸(V硝酸∶V氫氟酸=6∶1)混合酸溶解。針對以上兩種方法均進行了實驗，實驗發(fā)現采用方法2)處理試樣測得的Ag結果偏低且穩(wěn)定性差，這個結果與文獻[5]報道的結果一致。因此，最終選擇30 mL鹽酸(1+1)+5 mL硝酸溶解試樣。

2.2 分析譜線的選擇

Al-Cu-Li合金中，Al為基體，Cu、Li、Ag、Mg和Zr為主要共存元素，根據各共存元素含量上限，配制單標元素掃描溶液，在待測元素的儀器推薦譜線波長處進行掃描，將各譜線疊加，觀察譜線受干擾情況。從中選出不受干擾且信背比高，波動小的譜線作為分析譜線，見表2。

表2 待測元素的分析線Table 2 Analytical lines of determined elements

2.3 鋁基體干擾

由于本方法的稱樣量為0.100 0 g，所以僅研究了0.100 0 g樣品中鋁基體含量(0.095 0 g)對各待測元素的影響。吸取適量的待測元素標準溶液于2個100 mL玻璃容量瓶中，并分別加入0(作為高標)、0.095 0 g純鋁，加入30 mL鹽酸(1+1)和5 mL硝酸，用水稀釋至刻度，搖勻后進行測定，結果見表3。

表3 Al基體對Cu、Li、Ag和Mg測定的影響Table 3 Influence of Al matrix on Cu,Li,Ag and Mg(n=6)

由表3可知，950 μg/mL的Al對Li、Ag和Mg的測定存在干擾，因此，在配制標準工作曲線時，需加入相應量的基體進行匹配以消除干擾。

2.4 方法線性范圍、相關系數和檢出限

在優(yōu)化的工作參數下，上機測定標準曲線系列溶液，繪制標準工作曲線。測定空白溶液(STD 0)10次，以其結果標準偏差的3倍作為方法的檢出限。方法的線性范圍、相關系數和檢出限列于表4。由表4可知，Cu、Li、Ag、Mg和Zr的線性相關系數R>0.999，檢出限均小于0.01 μg/mL。

表4 線性范圍、相關系數及檢出限Table 4 Linear range, linear correlation coefficients and detection limits

2.5 方法的加標回收率和精密度實驗

按實驗方法對Al-Cu-Li合金樣品進行6次平行測定，并進行加標回收實驗。結果表明，加標回收率在94%～106%，相對標準偏差小于2%，結果見表5。

3 樣品分析

選取2195#-E3101鋁鋰合金光譜標準樣品(西南鋁業(yè)有限責任公司)，取屑，按實驗方法進行測定，結果見表6。由表6知，本法測得結果與認定值基本吻合。

表5 加標回收率和精密度實驗Table 5 Recovery and precision(n=6) /%

表6 標準樣品分析結果對照Table 6 Comparison of test results of reference sample(n=6)

4 結論

通過對試樣的溶解、基體以及共存元素干擾等的研究，建立了ICP-AES法測定Al-Cu-Li 系合金中Cu、Li、Ag、Mg和Zr元素含量的方法。該方法可實現多元素同時測定，準確可靠，快速簡便，能滿足日常分析測定需求。

[1] 李勁風,鄭子樵,陳永來,等.鋁鋰合金及其在航天工業(yè)上的應用[J].宇航材料工藝(AerospaceMaterials&Technology),2012,42(1):13-19.

[2] 霍紅慶,郝維新,耿桂宏,等.航天輕型結構材料-鋁鋰合金的發(fā)展[J].真空與低溫(VacuumandCryogenics),2005(2):63-69.

[3] 田倫富,鄒德霜,代以春,等.X射線熒光光譜法測定鋁鋰合金中多元素含量[J].冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2014,34(10):52-56.

[4] 劉建國.原子吸收光譜法測定鋁鋰合金中鋰[J].光譜實驗室(ChineseJournalofSpectroscopyLaboratory),1997(1):52-54.

[5] 周會,譚倩,高婭玲,等.鋁鋰合金樣品的前處理及其Ag和Li的光譜分析[J].光譜學與光譜分析(SpectroscopyandSpectralAnalysis),2015,35(10):2886-2890.

[6] 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].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(2):42-45.

[7] 羅有雄.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-OES)法測定鋁合金中微量的釓、鑭、釹、鐠、釤[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(2):50-54.