ICP-AES法測定高鈹鈹鋁合金中鋁量

楊玉瓊，李 暉，張健康，白英麗，莫 蓉

（1.西北稀有金屬材料研究院寧夏有限公司，寧夏 石嘴山 753000；2.稀有金屬特種材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 石嘴山 753000）

高鈹鈹鋁合金具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、比剛度高、熱穩(wěn)定性好、高韌性、抗腐蝕等許多優(yōu)點(diǎn)，是一種重要的結(jié)構(gòu)材料，被廣泛應(yīng)用于航空航天、計算機(jī)、汽車等工業(yè)。通常認(rèn)為，當(dāng)此合金中鋁的含量范圍在30%～40%時，可達(dá)到延性的提高和更能接受的斷裂模式。因此對高鈹鈹鋁合金中鋁量檢測研究十分必要。GB／T 26063-2010鈹鋁合金中鋁的成分檢測為差減法計算余量［1］，各減量元素當(dāng)中鈹量以容量法測定［2］，氧量和硅量檢測分別為紅外吸收和分光光度法等［3-4］。隨著高鈹鈹鋁合金研發(fā)進(jìn)展，添加元素銀、鈷、鍺可通過強(qiáng)化鋁相從而對該合金進(jìn)行強(qiáng)化［5］。減量元素的增加，以致差減法計算鋁量的方法更為繁瑣。故需一種直接測定合金中鋁量的方法以適應(yīng)生產(chǎn)及研究需求。采用ICP-AES法直接測定高鈹鈹鋁合金中的鋁量，相比于傳統(tǒng)鋁合金中鋁量的容量法測定［6］，具備簡便快捷，易操作等優(yōu)勢。

通過對高鈹鈹鋁合金中鋁量方法試驗(yàn)討論，選擇硝酸-硫酸溶解樣品，同時將純金屬粉末與試樣等條件溶解，保證標(biāo)準(zhǔn)系列溶液基體及酸度與試樣相匹配，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，試驗(yàn)確定分析方法酸度影響及共存元素干擾等問題，確定了高鈹鈹鋁合金中鋁量測定的ICP-AES法，方法周期短，結(jié)果準(zhǔn)確，可應(yīng)用于生產(chǎn)檢驗(yàn)及產(chǎn)品開發(fā)研究工作。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與工作參數(shù)

主要儀器：Agilent5110電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國安捷倫科技公司制）。

工作參數(shù)：RF功率為1 200 W；輔助氣流量為1.0 L／min；分析泵速為12 r／min；沖洗泵速為12 r／min；積分時間為5 s；觀測方式為徑向；測定波長為308.215 nm。

1.2 試劑與材料

1.鋁標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（1 000μg／mL，鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司產(chǎn)）。

2.硝酸（優(yōu)級純）。

3.硫酸（優(yōu)級純）。

4.高純鋁粉（w（Al）≥99.99%，天津肯納金屬材料有限公司產(chǎn)）。

5.高純鈹粉（w（Be）≥99.50%，w（Al）≤0.005 0%，西北稀有金屬材料研究院寧夏有限公司產(chǎn)）。

6.高鈹鈹鋁合金試樣（鋁含量30%～40%，西北稀有金屬材料研究院寧夏有限公司產(chǎn)）。

試驗(yàn)用水為二次交換去離子水。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試樣前處理

稱取0.100 0 g（精確至0.000 1 g）高鈹鈹鋁合金試樣置于150 mL燒杯中，以少量水潤濕，加入5 mL硝酸，再加入20 mL稀硫酸（硫酸∶水＝1∶9），于低溫電爐200～240℃加熱溶解20 min，取下冷卻，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，以二次去離子水定容，分取10 mL移入100 mL容量瓶，搖勻待測。將制備溶液于Agilent5110電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀進(jìn)樣測定。隨同試樣做空白試驗(yàn)。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的配制

按表1所列鈹及鋁元素純金屬粉末稱取量，按照1.3.1分析步驟，將金屬粉末溶解、定容、并分取10 mL移入100 mL容量瓶中，保持酸度與分析試液一致，以二次去離子水稀釋至刻度，混勻待測。

表1所配置標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線中鋁量見表2。

表2 鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線 μg／mL

2 結(jié)果與討論

2.1 試樣處理及酸度影響

高鈹鈹鋁合金中銀的添加，導(dǎo)致試樣不宜使用鹽酸溶解，且高鈹鈹鋁合金不溶于硝酸，因此，采用硝酸-硫酸溶解試樣是本法唯一選擇。硫酸粘度大而影響溶液提升量，在試驗(yàn)中加入量必須控制精確。試驗(yàn)采用不同硫酸加入量，以回收率考察其對于鋁的測定影響，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 硫酸加入量對鋁測定的影響

由圖1可知，隨著硫酸量的增大，鋁回收率呈現(xiàn)降低趨勢。在本法選擇硫酸加入量為0.2 mL時，對應(yīng)鋁的回收率大于98%，基本滿足試驗(yàn)要求。同時，本法采用標(biāo)準(zhǔn)曲線與待測試液酸度匹配，盡可能保持酸度一致，降低酸度帶來的測定影響。

2.2 分析譜線的選擇

于Agilent5110電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀自帶譜線庫，選取幾條光譜干擾可能性低的鋁特征譜線，通過空白試驗(yàn)溶液、鋁元素單標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度為30μg／mL）、基體溶液（鈹濃度為70μg／mL）及樣品試驗(yàn)溶液測定譜圖比較，選取無干擾、信背比高、靈敏度高的譜線，確定鋁元素最佳分析線為

308.215 nm。

2.3 共存元素干擾試驗(yàn)

高鈹鈹鋁合金試樣中，鋁含量為30%～40%。本法設(shè)定鋁量檢測范圍為10%～50%，保證本法在異常情況下的適應(yīng)性。在本法測定范圍區(qū)間，共存元素鈹量為鋁量的1～9倍之間。試驗(yàn)于30μg／mL鋁量（相當(dāng)于日常檢測試樣近似濃度）標(biāo)準(zhǔn)溶液中，分別加入相應(yīng)量鈹元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，滿足實(shí)際共存量范圍，以加標(biāo)回收試驗(yàn)數(shù)據(jù)考察鈹對鋁的測定干擾情況。數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 共存元素干擾試驗(yàn)

圖2結(jié)果證明：鈹?shù)墓泊媪吭?倍以內(nèi)，回收率＞99%，10倍以內(nèi)，回收率＞98%，對鋁的干擾基本可忽略。

2.4 方法的準(zhǔn)確度試驗(yàn)

于高鈹鈹鋁合金試樣，加入約為原液鋁量0.5～1倍的鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液，取加標(biāo)回收率試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證本法準(zhǔn)確度，所得加標(biāo)回收率數(shù)據(jù)見表3。

表3 方法的加標(biāo)回收試驗(yàn)

由表3數(shù)據(jù)可見，鋁的加標(biāo)回收率為98.9%～102.0%，證明方法準(zhǔn)確度滿足試驗(yàn)要求。

2.5 方法的精密度試驗(yàn)

平行稱取0.100 0 g（精確至0.000 1 g）高鈹鈹鋁合金試樣11份置于150 mL燒杯中，按照1.3.1試驗(yàn)步驟進(jìn)行樣品預(yù)處理，于Agilent5110電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀進(jìn)樣測定，統(tǒng)計11組測定數(shù)據(jù)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差驗(yàn)證方法的精密度，精密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 方法的精密度驗(yàn)證（n＝11） %

由表4數(shù)據(jù)可見，本法測定高鈹鈹鋁合金中的鋁，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（n＝11）在0.71%～1.33%之間，證明方法精密度滿足試驗(yàn)要求。

2.6 方法檢測結(jié)果比對

將同一份高鈹鈹鋁合金試樣分別采用本法與差減法測定，檢驗(yàn)本法與差減法測定結(jié)果是否一致。兩種方法測定比對數(shù)據(jù)見表5。

表5 對比試驗(yàn)數(shù)據(jù) %

表5表明，本法與差減法測定結(jié)果一致，證明本法結(jié)果可靠。

3 結(jié) 論

本文經(jīng)過條件試驗(yàn)及方法驗(yàn)證建立了ICPAES法測定高鈹鈹鋁合金中鋁量的分析方法。該方法方便操作、易于控制、準(zhǔn)確高效，為高鈹鈹鋁合金產(chǎn)業(yè)開發(fā)及研究帶來更好的檢測服務(wù)。