ICP-OES法檢測鋅鎂鋁合金錠中的化學(xué)成分

楊宗瑩，張云，王君祥

(1.寶鋼湛江鋼鐵有限公司，制造管理部，廣東 湛江 524072；2.桂林理工大學(xué)，化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西 桂林 541004)

0 引言

在當(dāng)今國際上，鋅鋁鎂鍍層鋼板仍屬于新產(chǎn)品，其主要應(yīng)用于汽車領(lǐng)域上，具有良好的應(yīng)用前景[1]。鋅鋁鎂合金中的鋁鎂含量會影響合金的耐蝕性及合金的強度，而其他微量元素也對鋅鋁鎂合金的凝固組織及力學(xué)性能有影響[2]，所以在生產(chǎn)過程中需要對鋅鋁鎂合金錠中的各種元素進行分析檢測。ICP-OES法具有：線性寬、穩(wěn)定性好，能夠同時進行多元素測定，精確度高，方便快捷等特點[3]，能夠很好地滿足鋅合金產(chǎn)品的檢測需求。

1 實驗部分

我國的科技水平突飛猛進，我國對實驗室化學(xué)分析方法的要求愈加嚴格。我國出臺了實驗室對化學(xué)分析方法進行確認和方法驗證的指南性文件，旨在提高實驗室化學(xué)分析方法和檢測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，確?；瘜W(xué)分析實驗室所提供數(shù)據(jù)的有效性、公正性和可靠性。

1.1 儀器及工作條件

美國安捷倫725型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀；功率：1.2 kW；等離子氣：15.0 L/min；輔助氣流量：1.5 L/min；霧化器流量：0.75 L/min；炬管高度：9 mm。

分析線波長：Al：396.1；Mg：280.2；La：333.7；Ce：418.6；Si：251.6；Fe：259.9；Sr：407.7；Pb：220.3；Cd：226.5；V：292.401；Sn：283.998。

1.2 主要試劑與材料

HCL：(1+1)分析純；HNO3：(1+1)分析純；過氧化氫：30%；高純鋅粉：純度大于99.999%；Al、Mg、Fe、Sr、La、Ce、Pb、Cr、V、Sn標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mg/mL，Si標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5 mg/mL。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線配制

稱取6份約0.5 g純鋅粉，置于400 mL聚四氟乙烯燒杯或石英燒杯中。加入與溶解試樣所使用到的同等量及同濃度的酸溶液，蓋上表面皿，待劇烈反應(yīng)停止后，在電爐上低溫加熱分解試樣，至試樣完全溶解，溶液呈透明狀，冷卻后轉(zhuǎn)移至6個100 mL容量瓶中，配置標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。

1.4 氬氣

氬氣(≥99.99%)。

1.5 實驗方法

1.5.1 鋅鋁鎂錠試樣的制備

在鉆取鋅鋁鎂合金錠試樣前，使用車床將合金錠表面的氧化層去除，一般去除表面0.3 cm以上試樣即可。再將鋅鋁鎂錠鉆取成屑狀作為檢測用試樣。

1.5.2 鋅鋁鎂錠試樣的溶解

準(zhǔn)確稱取約0.5 g(精確至0.000 1 g)鋅鋁鎂合金屑狀物，置于400 mL聚四氟乙烯燒杯或石英燒杯中。加入約20 mL硝酸(1+1)或20 mL鹽酸(1+1)，蓋上表面皿，待劇烈反應(yīng)停止后，在電爐上低溫加熱分解試樣，至試樣完全溶解，溶液呈透明狀。待試樣冷卻后，再將溶液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，加水稀釋至刻度線定容，搖均勻。同時按照上述同樣的方法，不添加試樣的情況下，制作試劑空白。

1.5.3 測定

選定儀器使用參數(shù)，對標(biāo)樣溶液、試劑空白、試樣溶液進行測定，測定時ICP設(shè)定為扣除試劑空白模式。由計算機輸出各被測元素的濃度。

2 結(jié)果和討論

2.1 溶解方法的選擇

在國標(biāo)中對鋅合金采用硝酸溶解[4-7]，而對鎂合金則采用鹽酸溶解。在鋅鋁鎂合金中含有鋅、鋁、鎂三種元素，取現(xiàn)場鋅鋁鎂合金錠作溶解方法的選擇實驗。對同一鋅鋁鎂合金樣分別使用硝酸、鹽酸進行分解，測定各被測元素的含量。在實驗過程中，發(fā)現(xiàn)鹽酸對合金錠的溶解速度比硝酸的溶解速度較慢，在溶解過程中還需添加雙氧水增加其溶解強度從而加快溶解的速度。研究結(jié)果表明，硝酸與鹽酸分別溶解試樣對被測元素的檢測結(jié)果無明顯的差異，而直接使用硝酸溶解更方便快捷，從而可選用硝酸(1+1)溶解鋅鋁鎂合金樣。

2.2 精密度試驗

稱取同一樣品，使用20 mL硝酸(1+1)溶解，進行10次測定，精密度如表1所示。從表1中可見，用ICP-OES測 鋅 鋁 鎂 合 金 錠 的Al、Fe、Mg、Sr、La、Ce元素的含量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD%均能控制在5%以內(nèi)，其具有良好的精密度。

表1 精密度試驗

2.3 加標(biāo)回收試驗

對鋅鋁鎂合金錠中的Al、Fe、Mg、Sr、La、Ce元素進行加標(biāo)回收試驗，結(jié)果如表2所示。各個元素的回收率98.6%～105.0%在之間，數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

表2 加標(biāo)回收試驗結(jié)果

2.4 比對試驗

取2個批次湖南株冶供湛江的鋅鋁鎂合金錠使用三種方法進行分析檢測，方法1為本論文中使用的方法，即使用硝酸(1+1)進行溶解后，定容到100 mL容量瓶中，用ICP-OES進行分析檢測；方法2為使用車床、鉆床對試樣表面進行前處理后，再使用直讀光譜進行分析檢測；方法3為使用鹽酸(1+1)及過氧化氫(30%)將試樣溶解，定容到100毫升容量瓶中，分取1/10試液定容到另一個100 mL容量瓶中，再使用ICP-OES進行分析檢測。如表3所示，可以得知，鋅鋁鎂錠使用不同方法進行分析檢測時并無明顯差異，滿足GB/T 12689.12—2004鋅及鋅合金化學(xué)分析方法再現(xiàn)性要求。

表3 比對試驗

3 結(jié)語

檢測方法的驗證和確認是確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確性和可靠性非常重要一個的環(huán)節(jié)，也是實驗室必做的工作之一。只有做好方法的驗證和確認，才能夠確保實驗室具有使用新方法進行檢測的技術(shù)能力。

本方法通過使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，測定鋅鋁鎂合金中的鋁、鐵、鎂、鍶、鑭、鈰、鉛、鎘、硅、釩、錫11種元素的含量，通過不同溶解方法的比對試驗，選取硝酸(1+1)進行溶解的速度更快、更便捷；通過對精密度試驗與不同方法間的比對試驗，該方法具有良好的精密度與準(zhǔn)確度，滿足GB/T 12689.12—2004鋅及鋅合金化學(xué)分析方法再現(xiàn)性和重復(fù)性要求。本方法能夠滿足生產(chǎn)上鋅鎂鋁合金錠(Al：1%～2%、Mg：1%～2%)快速分析的要求。