ICP-AES法測定鈣鋁合金中鐵、鋅、錳、鑭元素含量

趙建峰

（國家鎂及鎂合金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，河南 鶴壁 458030）

鈣鋁合金一般為含鈣70%~75%，含鋁25%~30%，含鈣80%~85%和含鋁15%~20%和含鋁70%~75%含鈣25%~30%。鈣鋁合金廣泛應(yīng)用于鉛酸電池正極板柵的生產(chǎn)，同時用于鋁、鈣復(fù)合脫氧以降低鋼中氧含量，還可以改善非金屬雜質(zhì)物。

隨著鈣鋁合金應(yīng)用，鈣鋁合金需求企業(yè)對鈣鋁要求越來越高，截至目前，還未有鈣鋁合金雜質(zhì)元素檢測方法。因此，針對鈣鋁合金合金的廣泛應(yīng)用，需要一種雜質(zhì)元素的檢測方法，確定鈣鋁合金中元素含量。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)是以電感耦合等離子矩為激發(fā)光源的光譜分析方法，具有準(zhǔn)確度高和精密度高、檢出限低、測定快速、線性范圍寬、可同時測定多種元素等優(yōu)點。經(jīng)查，目前有電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎂合金、鋁合金中元素含量的方法，標(biāo)準(zhǔn)分別為GB/T13748.20-2009[1]、GB/T20975.20-2008[2]，因此本方法通過電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對鈣鋁合金中元素含量進行研究。

1 實驗部分

1.1 儀器

ICAP6300型ICP-AES(美國Thermofisher公司)。

分析天平：精確至0.0001g，梅特勒-托利多。

移液槍：梅特勒-托利多。

1.2 試劑及標(biāo)準(zhǔn)貯存溶液

鹽酸、硝酸、過氧化氫（30%）、碳酸鈣基體：優(yōu)級純；實驗用水：實驗室一級用水；

鐵、鋅、錳、鑭元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：規(guī)格50mL/瓶，濃度1000μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

將1000μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液進行稀釋，得100μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.3 樣品溶解

（1）當(dāng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.001%～0.5%時，稱取1.0000g（精確至0.0001g）樣品于250mL燒杯中，先加入15mL鹽酸（1+1），再加入5mL硝酸（1+1）進行完全溶解，放置加熱板后加入滴入若干滴過氧化氫，等氣泡消完全失后，取下燒杯冷卻至室溫，定容至100mL容量瓶中。

（2）當(dāng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為>0.10% ～0.5%時，稱取0.5g（精確至0.0001g）于250mL燒杯中，先加入15mL鹽酸（1+1），再加入5mL硝酸（1+1）進行完全溶解，放置加熱板后加入滴入若干滴過氧化氫，等氣泡消完全失后，取下燒杯冷卻至室溫，定容至100mL容量瓶中。

（3）當(dāng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為>1.0% ～20%時，稱取0.25g（精確至0.0001g）于250mL燒杯中，定容至500mL容量瓶中，然后分取5mL，定容至100mL容量瓶中，作為測試溶液。

1.4 工作曲線繪制

（1）當(dāng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.001%～0.010%時，稱取1.0g碳酸鈣（1.2），按1.3方式溶解后，轉(zhuǎn)移至6個100mL容量瓶，再分別加入0、0.10mL、0.30mL、0.50mL、0.80mL、1.00mL濃度為100μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液，以水稀釋至刻度，混勻。此系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中各含待測元素0、0.1μg/mL、0.3μg/mL、0.5μg/mL、0.8μg/mL、1.0μg/mL。

（2）當(dāng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%～0.1%時，稱取1.0g碳酸鈣（1.2），按1.3方式溶解后，轉(zhuǎn)移至6個100mL容量瓶，再分別 加 入0、1.00mL、2.00mL、4.00mL、7.00mL、10.00mL濃 度 為100μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液，以水稀釋至刻度，混勻。此系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中各含待測元素0、1.0μg/mL、2.0μg/mL、4.0μg/mL、7.0μg/mL、10.0μg/mL。

（3）當(dāng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為>0.10% ～0.5%時，稱取0.5g碳酸鈣（1.2），按1.3方式溶解后，轉(zhuǎn)移至6個100mL容量瓶，再分 別 加 入0、0.50mL、1.00mL、1.50mL、3.50mL、5.00mL濃 度為1000μg/mL待測元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1.2），以水稀釋至刻度，混勻。此系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中各含待測元素0、5.0μg/mL、10.0μg/mL、15.0μg/mL、35.0μg/mL、50.0μg/mL。

（4）將標(biāo)準(zhǔn)系列溶液在選定好的儀器操作條件下，引入等離子體光譜儀中，測定系列工作曲線的強度，根據(jù)光強度和濃度的關(guān)系計算機自動繪制工作曲線。當(dāng)工作曲線的線性相關(guān)系數(shù)應(yīng)≥0.9995時，測定試樣溶液中待測元素的發(fā)射強度，根據(jù)工作曲線計算機自動給出試樣溶液中待測元素的質(zhì)量濃度。

表3 精密度試驗

2 結(jié)果與討論

2.1 工作條件的選擇

一般情況下，增大高頻功率使譜線增強，背景也增大；降低功率可獲得較大的信背比，但基體影響嚴(yán)重[3，4]。以0.50μg/mL的待測元素溶液為考察對象。通過固定其它條件不變，改變其中一項條件進行試驗，分別考察不同的發(fā)射功率、蠕動泵泵速、霧化氣流量、護套氣流量、冷卻氣流量對鐵、鋅、錳、鑭元素溶液發(fā)射強度及穩(wěn)定性的影響，最終確定儀器最佳的工作參數(shù)為：功率1150W、等離子氣流量15L/min、霧化氣流量0.7L/min、輔助氣流量0.5L/min、垂直觀測高度15mm。

2.2 分析譜線的選擇

選擇峰形對稱、背景低、光譜干擾相對較小、靈敏度相對較高的譜線，作為分析譜線。實驗結(jié)果表明，鐵、鋅、錳、鑭元素分別在259.940nm、213.856nm、257.610nm、408.672nm譜線下干擾相對較小、靈敏度相對較高，因此選其作為鐵、鋅、錳、鑭的分析線。

2.3 方法檢出限的測定

用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，于推薦的分析譜線處，對含有5mg/mL碳酸鈣基體且不含鐵、鋅、錳、鑭元素的空白溶液(即標(biāo)準(zhǔn)空白)進行11次連續(xù)測定，計算其信號強度的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(yīng)的濃度作為本方法的檢出限，以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(yīng)的濃度除以溶液基體濃度作為測定下線，結(jié)合試液濃度5mg/mL，計算測定下限(以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(yīng)的濃度除以溶液基體濃度)，見表1。

表1 方法檢出限

由表1可知，鐵、鋅、錳、鑭測定下限為0.00015%、0.00013、0.00009、0.00096，均低于本方法的測定下限0.001%，能滿足檢測要求。

2.4 方法準(zhǔn)確度試驗

為考察方法的準(zhǔn)確度，在鈣鋁合金樣品中加入不同量的鐵、鋅、錳、鑭元素，按選定的分析步驟進行加標(biāo)回收試驗，結(jié)果見表2。

表2 加標(biāo)回收試驗

由表2可知，鐵、鋅、錳、鑭回收率在96%～105%之間，能滿足檢測要求。

2.5 方法精密度試驗

按照選定的分析步驟，對1個鈣鋁合金樣品中鐵、鋅、錳、鑭四種元素進行11次獨立測定，計算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），結(jié)果見表3。

由表3可知，鐵、鋅、錳、鑭相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在0.68%～5.36%之間，能滿足檢測要求。

3 結(jié)論

在259.940nm、213.856nm、257.610nm、408.672nm譜 線 下分別測定鐵、鋅、錳、鑭元素含量。結(jié)果表明：鐵、鋅、錳、鑭檢 測 方 法 的 檢 出 限 分 別 為0.0018μg·mL-1、00020μg·mL-1、0.0014μg·mL-1、0.0144μg·mL-1，測 定 下 限 為0.00015%、0.00013%、0.00009%、0.00096%，均低于方法的測定下限0.001%，鐵、鋅、錳、鑭回收率在96%～105%之間鐵、鋅、錳、鑭相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在0.68%～5.36%之間，均能滿足檢測要求。