ICP-AES測(cè)定鎢鎳銅合金中鎳、銅含量

趙歡娟，楊軍紅，劉厚勇，王小靜，高明明

(1.西安漢唐分析檢測(cè)有限公司，陜西 西安 710016；2.西安凱立新材料股份有限公司，陜西 西安 710201)

鎢鎳銅是以鎢為基體同時(shí)加入鎳、銅等其他元素的合金。鎢鎳銅合金其特點(diǎn)是比重大、強(qiáng)度高、耐腐蝕、有良好的塑性和無(wú)磁性，廣泛應(yīng)用于航天航空、兵器、機(jī)械制造等行業(yè)，可制造航空和航天器導(dǎo)向裝置等[1-3]。

常規(guī)檢測(cè)鎢鎳銅合金中鎳、銅含量的方法有化學(xué)法、原子吸收光譜法和EDTA絡(luò)合滴定法。前兩種方法首先要分離出基體鎢，然后再分別測(cè)定，不能多元素同時(shí)測(cè)定，靈敏度較低，特別是對(duì)痕量元素的測(cè)定需要富集和分離；Na2EDTA滴定法手續(xù)繁瑣，不能滿足大批量生產(chǎn)檢測(cè)需求[4]。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES法)具有分析速度快、線性范圍寬、靈敏度高、能夠?qū)崿F(xiàn)多元素同時(shí)分析測(cè)定等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍日趨廣泛[5-7]。目前尚無(wú)ICP-AES法測(cè)定鎢鎳銅合金中鎳、銅含量檢測(cè)方法的報(bào)道。筆者采用ICP-AES法對(duì)鎢鎳銅合金中的鎳(Ni)、銅(Cu)元素含量進(jìn)行測(cè)定，用氫氟酸-硝酸溶解試樣，采用基體匹配消除干擾，通過(guò)分析確定出了各元素最佳分析譜線，并通過(guò)加標(biāo)回收率試驗(yàn)及對(duì)照試驗(yàn)，證明該方法快速、準(zhǔn)確，可用于實(shí)際生產(chǎn)中鎢鎳銅合金樣品的測(cè)定。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀：Optima 8300型，具備耐氫氟酸進(jìn)樣系統(tǒng)，美國(guó)PerkinElmer公司；鎳、銅元素單標(biāo)溶液，濃度1mg/mL，GSB G 62004-90，國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院；硝酸、氫氟酸：分析純；試驗(yàn)用水為二次去離子水(電阻率>1.0 MΩ·cm，25℃)；鎢粉(wW≥99.98%)，鎢鎳銅標(biāo)樣W-4.5Ni-1.0Cu與W-3.0Ni-1.5Cu，西安瑞福萊鎢鉬有限公司。

1.2 儀器工作條件

射頻功率：1.3 kW；冷卻氣流量：20 L/min；霧化器壓力：36.54 MPa；輔助氣流量：0.2 L/min；溶液提升量：1.5 L/min；積分時(shí)間：30 s；觀測(cè)方式為垂直觀測(cè)。

1.3 試驗(yàn)方法

稱取0.20 g(精確至0.0001 g)試樣于150 mL聚乙烯燒杯中，加入10 mL去離子水，2 mL氫氟酸，5 mL硝酸，置于電熱板上150℃加熱，待試樣溶解完全，冷卻，移入100 mL聚乙烯容量瓶中，定容搖勻，分取10.00 mL于100 mL聚乙烯容量瓶，補(bǔ)加2 mL氫氟酸，5 mL硝酸，定容搖勻得待測(cè)溶液。

1.4 校準(zhǔn)曲線的繪制

稱取與試樣量相同的鎢粉，溶解定容后，分取10.00 mL于一系列100 mL聚乙烯容量瓶中，依次加入鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.1、0.3、0.5、0.7、1.0 mL，鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL，按試驗(yàn)方法處理，測(cè)定系列校準(zhǔn)溶液中鎳、銅元素的譜線強(qiáng)度，建立校準(zhǔn)曲線。此校準(zhǔn)溶液鎳的測(cè)定范圍為0.5%～5.0%，銅的測(cè)定范圍為0.5%～2.5%。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶樣酸的選擇

鎢鎳銅合金中鎢的名義含量90%～97%，鎢是稀有高熔點(diǎn)金屬，常溫下任何濃度的酸或王水對(duì)鎢不起作用，但可以迅速溶解于氫氟酸和濃硝酸的混合酸中。因此選擇2 mL氫氟酸，5 mL硝酸溶解鎢鎳銅試樣，加熱可提高溶解速度，保證試樣溶解完全，溶液清亮。

2.2 分析譜線的確定

按照1.3試驗(yàn)方法，配置基體溶液和鎳、銅元素單標(biāo)溶液，在1.2儀器最佳工作條件下進(jìn)行測(cè)定，獲得元素單標(biāo)溶液在預(yù)先選擇的所有分析譜線下的光譜圖，對(duì)譜圖進(jìn)行逐一分析。鎳221.648 nm譜線強(qiáng)度較低且受到基體鎢221.630 nm的干擾，鎳232.003 nm譜線強(qiáng)度適中同樣受到受到基體鎢232.018 nm的干擾，鎳231.604 nm和鎳341.476 nm兩條譜線均沒(méi)有干擾。銅224.7 nm譜線同時(shí)受到基體鎢224.698 nm和鎢224.732 nm以及鎳224.723 nm的干擾，銅 213.597 nm譜線信號(hào)強(qiáng)度弱，靈敏度低。銅324.752和銅327.393 nm譜線強(qiáng)度適中且沒(méi)有其他干擾。

通過(guò)上述分析，按照信噪比高、靈敏度適中、受干擾程度小的原則篩選出了鎢鎳鐵合金中鎳、鐵元素的最佳分析譜線[8-9]。鎳的兩條分析譜線231.604、341.476 nm，銅的兩條分析譜線324.752、327.393 nm測(cè)定結(jié)果基本一致，檢測(cè)過(guò)程中均可采用。

2.3 基體干擾及校正

按照1.4校準(zhǔn)溶液中各元素的濃度，分別配制不含鎢基體與含0.2 g鎢基體的系列校準(zhǔn)溶液，于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀上，得到各元素的校準(zhǔn)曲線，對(duì)鎢鎳銅試樣W-4.5Ni-1.0Cu進(jìn)行測(cè)定[10]，結(jié)果見表1。

表1 基體干擾試驗(yàn)結(jié)果Table 1 The interference results of the matrix

由表1可以看出，采用不含基體鎢的工作曲線與含0.2 g基體鎢的工作曲線分別對(duì)鎢鎳銅試樣進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果相差明顯，這說(shuō)明基體對(duì)待測(cè)元素測(cè)定結(jié)果存在不同程度的影響。因此要實(shí)現(xiàn)待測(cè)元素的準(zhǔn)確測(cè)定，應(yīng)進(jìn)行空白試驗(yàn)且繪制工作曲線時(shí)進(jìn)行基體匹配，消除其它共存元素影響。此外，溶解樣品的條件和酸的用量也應(yīng)盡量保持一致[11]。

2.4 線性方程、線性范圍與定量限

ICP-AES法檢測(cè)過(guò)程中，待測(cè)元素的定量下限與試樣的稱取量有緊密聯(lián)系[12]。為使各元素定量下限均能滿足測(cè)定范圍下限，需要進(jìn)行定量下限的測(cè)定試驗(yàn)。分別稱取0.20 g鎢粉，溶解定容分取后，連續(xù)測(cè)定試樣空白溶液11次，求得各元素測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為各元素定量限，結(jié)果見表2。結(jié)果表明，該方法檢出限較低，各元素在測(cè)定范圍內(nèi)均具有良好的線性關(guān)系，能夠滿足測(cè)定要求。

表2 測(cè)定范圍和定量限Table 2 Measuring range and limination

2.5 精密度試驗(yàn)

將鎢鎳銅樣品按照1.3試驗(yàn)方法處理后，在1.2儀器最佳條件下連續(xù)測(cè)定11次，取平均值，結(jié)果見表3。由表3可知，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD%)均小于2.0%，說(shuō)明該方法精密度較好。

表3 精密度試驗(yàn)結(jié)果Table 3 The results of precision test

2.6 回收試驗(yàn)

在鎢鎳銅樣品中加入不同量的鎳、銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表4。由表4可知，各元素的加標(biāo)回收率均在98.00%～102.00%之間，說(shuō)明該方法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠[13-14]。

表4 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Determination results of recoveries

3 結(jié)論

采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鎢鎳銅合金中鎳、銅元素含量。通過(guò)譜線干擾試驗(yàn)確定出了各元素的最佳分析譜線，采用基體匹配法消除了基體干擾。樣品處理簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度高，可以滿足實(shí)際生產(chǎn)中鎢鎳鐵合金樣品的測(cè)定要求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)鎢鎳鐵合金分析領(lǐng)域空白。