ICP-AES法測定鋁銅中間合金中雜質(zhì)元素硅和鐵的含量

張宇霆，李洪亮，馬 華，史健澤，胡淞元

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司,遼寧 遼陽 111003)

鋁及鋁合金被廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)，為了提高鋁合金的性能[1]，通常需要加入其他金屬元素。銅元素可以改善鋁合金的機(jī)械性能和切削性[2]，在熔鑄過程中，常以鋁銅中間合金代替銅單質(zhì)調(diào)節(jié)銅元素含量[3]。但是鋁銅中間合金的化學(xué)成分對鋁合金產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，尤其是鋁銅中間合金中主要雜質(zhì)元素硅、鐵，需要嚴(yán)格控制其含量。

目前，對于鋁中間合金硅、鐵元素，常用分光光度法[4,5]進(jìn)行分析，該方法需單獨處理分析每個元素，操作復(fù)雜，分析周期長。因此，本文通過電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[6]分析鋁銅中間合金中硅、鐵元素，具有前處理簡單、分析速度快、準(zhǔn)確度高、一次可分析多種元素等特點，適合作為試驗室檢測分析方法。

1 試驗部分

1.1 儀器與工作條件

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀。功率1.1kW，冷卻氣18L/min，輔助氣0.5L/min，霧化器34PSI，進(jìn)樣蠕動泵轉(zhuǎn)速25r/min。

1.2 主要試劑與原料

試驗主要使用試劑包括標(biāo)準(zhǔn)溶液(硅：500μg/mL，鐵：1000μg/mL)，優(yōu)級純鹽酸、優(yōu)級純硝酸，氫氧化鈉，過氧化氫，高純鋁(≥99.999%)，高純銅(≥99.999%)，鋁合金標(biāo)準(zhǔn)樣品。

1.3 試驗方法

(1)樣品加工方法。鋁銅中間合金質(zhì)脆、易碎，采用車床和銑床加工樣品導(dǎo)致樣品難以收集，因此選擇鉆床加工樣品，加工樣品前，需清理樣品表面，去除表面附著的臟物、油脂、氧化皮。

(2)樣品溶解方式。①堿溶-酸化：精確稱量0.500g試樣置于200mL聚四氟乙烯燒杯中，加入少量高純水，加入4mL氫氧化鈉溶液(400g/L)，反應(yīng)停止后，加入1mL過氧化氫溶液，反應(yīng)結(jié)束后加熱至過氧化氫分解完全。加入25mL鹽酸(1+1)和25mL硝酸(1+1)，低溫加熱至完全反應(yīng)，溶液清澈透明，停止加熱，冷卻至室溫，移入100mL容量瓶中定容備用。分析時移取5mL溶液定容至50mL進(jìn)行測試。②酸溶：精確稱量0.500g試樣置于100mL玻璃燒杯中，加入25mL混合酸(鹽酸∶硝酸∶水=3∶1∶4)，劇烈反應(yīng)停止后加熱至反應(yīng)完全，冷卻至室溫，移入100mL容量瓶中定容備用。分析時移取5mL溶液定容至50mL進(jìn)行測試。

(3)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制。分別移取適量標(biāo)準(zhǔn)溶液與基體溶液，配制成含硅、鐵元素0.2μg/mL、0.4μg/mL、0.6μg/mL、0.8μg/mL、1.0μg/mL且基體元素濃度與待分析溶液基本一致的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 取樣位置

沿試樣對角線等距離分布的位置鉆削取樣，數(shù)量應(yīng)不少于4點，結(jié)果見表1。可以看出，鋁銅中間合金不同部位的檢測數(shù)值相差較大，因此在取樣過程中應(yīng)鉆透整個試樣，保證鉆取的試樣充分混勻，鉆取試樣的總量需大于4倍取樣量。

表1 不同取樣深度數(shù)據(jù)比對Tab.1 Data comparison of different sampling depths

2.2 干擾與元素分析譜線選擇

為減少基體干擾與背景干擾，配置標(biāo)準(zhǔn)溶液時應(yīng)加入適量基體元素與酸，使標(biāo)準(zhǔn)溶液與試樣待測溶液的基體環(huán)境、酸度相近。為了減少元素間譜線干擾，應(yīng)優(yōu)先選擇信背比高、干擾元素少的譜線。硅鐵常用譜線見表2?？梢钥闯?，硅元素在288.158nm譜線處受干擾較多，與鋁元素288.145nm譜線波長差為0.013nm，檢測鋁中間合金時，鋁元素對硅元素的影響較大，因此硅元素的分析譜線選擇251.611nm，鐵元素常用譜線干擾較少，優(yōu)先選擇信背比較大的譜線，因此鐵元素的分析譜線選擇259.940nm。

表2 常用分析譜線Tab.2 Commonly used analysis lines

2.3 溶樣方式

分別按照上述兩種溶樣方式處理同一試樣，結(jié)果見表3?？梢钥闯?，不同溶樣方式對Si元素的影響較大，對Fe元素影響較少，因此采用堿溶-酸化的方式處理樣品?；w溶液同樣采用該方法配制。

表3 溶解方式對樣品的影響Tab.3 Influence of dissolution method on sample

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限的確定

(1)標(biāo)準(zhǔn)曲線建立。配制混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照試驗方法建立硅、鐵元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線，試驗結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯?，硅元素線性回歸方程為y=194107x+28790，線性相關(guān)系數(shù)為0.99986，分析范圍為0.0008%～0.2%；鐵元素線性回歸方程為y=194107x+28790，線性相關(guān)系數(shù)為0.99998，分析范圍為0.0004%～0.2%。

圖1 硅與鐵元素標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of silicon and iron

(2)檢出限。配制空白溶液，按照試驗方法計算檢出限，硅元素檢出限為0.0008%，鐵元素檢出限為0.0004%。

2.5 精密度和準(zhǔn)確度

(1)準(zhǔn)確度。采用堿溶-酸化的方式來處理標(biāo)準(zhǔn)樣品，按照試驗方法檢測樣品，將檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，測定試驗方法的準(zhǔn)確度，結(jié)果見表4?？梢钥闯觯瑢崪y值與標(biāo)準(zhǔn)值的相對誤差均小于2.5%，該方法具有較好的準(zhǔn)確度。

表4 準(zhǔn)確度Tab.4 Accuracy

(2)精密度。分別配制硅、鐵濃度均為0.04%、0.12%、0.20%的混合溶液，每個濃度分別測定11次，通過相對標(biāo)準(zhǔn)偏差檢驗試驗方法的精密度，結(jié)果見表5。可以看出，各元素不同濃度梯度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于2%，該方法具有較好的精密度。

表5 精密度Tab.5 Precision

2.6 加標(biāo)回收率

在樣品中加入一定量被測元素，測定其加標(biāo)回收率，結(jié)果見表6?？梢钥闯觯瑯悠芳訕?biāo)回收率范圍為98%～100%。

表6 加標(biāo)回收率Tab.6 Standard recovery rate

3 結(jié)論

通過堿溶-酸化方式消解樣品，采用ICP-AES法測定鋁銅中間合金中雜質(zhì)元素硅、鐵的含量。選定最佳的元素分析譜線，在設(shè)備最佳測定條件下建立工作曲線，確定曲線的分析范圍、檢出限、精密度和準(zhǔn)確度，測定樣品的加標(biāo)回收率。工作曲線分析范圍為硅元素0.0008%～0.2%、鐵元素0.0004%～0.2%，曲線的檢出限為硅元素0.0008%、鐵元素0.0004%，曲線的精密度和準(zhǔn)確度較好，樣品加標(biāo)回收率在98%～100%之間，因此該方法適合測定鋁銅合金中雜質(zhì)元素Si、Fe的含量。