ICP-AES法快速準(zhǔn)確測定氧化鋁銅中氧化鋁含量

陳浩楠

（廣東省科學(xué)院工業(yè)分析檢測中心，廣東 廣州 510650）

氧化鋁銅（又名納米氧化鋁彌散強化銅）是鍍鋅鋼板、鍍鎳板、鎳帶、鋁合金、不銹鋼、黃銅等材質(zhì)點焊時的專用材料，其具有抗軟化、耐磨、耐燒蝕、使用壽命長、點焊次數(shù)高等優(yōu)點。目前，氧化鋁銅有廣泛的研究及應(yīng)用，一般應(yīng)用于大型微波管結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電材料、切換開關(guān)、帶銀觸頭、引線框架材料和電子封裝材料，以及電阻電焊極、電池點焊極等部件和耗材［1-9］。美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)中氧化鋁銅的牌號有C15715、C15740、C15760，其中氧化鋁含量分別為0.3%、0.6%和1.1%。

氧化鋁銅中氧化鋁含量的測定，已有相應(yīng)的國標(biāo)［10］。但是所規(guī)定的方法中，稱取1—5 g的樣品，先用硝酸低溫水浴溶解，將過濾后的沉淀連同濾紙灰化后，再用焦硫酸鉀熔融并浸出，然后用EDTA滴定法測定鋁含量，或者用ICP-AES基體匹配法測定鋁含量。當(dāng)硝酸水浴時，如果溫度偏高氧化鋁會部分溶解，導(dǎo)致測定結(jié)果偏低；當(dāng)焦硫酸鉀熔融時，需高溫操作兩次；當(dāng)基體匹配法測定時，需準(zhǔn)確控制焦硫酸鉀及鋁基體的加入量。氧化鋁中雜質(zhì)測定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法［11］，采用硫酸溶液在240℃下消解6 h，由于硫酸對測定會有一定的基體抑制作用，因此測定時需保證硫酸濃度的一致性。氧化鋁中微量元素含量測定的國家標(biāo)準(zhǔn)方法［12］，采用鹽酸在密閉環(huán)境中恒溫溶樣，或者采用硫酸在高溫高壓下微波消解。本文采用鹽酸密閉恒溫溶樣，樣品及試劑消耗量小、操作簡單、結(jié)果準(zhǔn)確，測定范圍0.1%—1.0%。

1 實驗部分

1.1 試料及試劑

試料為氧化鋁銅合金，其中Al質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.23%、0.46%和0.50%，標(biāo)記為1號試樣、2號試樣、3號試樣。

實驗試劑為鹽酸（ρ=1.19 g·mL-1）、硝酸（ρ=1.42 g·mL-1）、氫氟酸，均為分析純，所有試劑均為廣州試劑廠生產(chǎn)。標(biāo)準(zhǔn)鋁貯存溶液（100.0 μg·mL-1），鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)。

1.2 試樣制備

稱取試料0.1 g（精確至0.000 1 g），將其置于100 mL的聚四氟乙烯罐中，再加入10 mL（1+1）的鹽酸，蓋上蓋子后裝入反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入烘箱中，在190℃下加熱5 h，冷卻后取出，移入100 mL的容量瓶中稀釋至刻度，混勻。

1.3 儀器

實驗儀器主要有法國JY公司的Ultima-2型ICP-AES光譜儀，烘箱（溫度300±10℃），聚四氟乙烯密閉溶樣器（高壓釜）。

1.4 校準(zhǔn)曲線的繪制

分別移取0、1.00、2.00、5.00和10.00 mL的鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液于一組100 mL容量瓶中，均加入10 mL（1+1）鹽酸，再用水稀釋至刻度并混勻。采用ICPAES法測量標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中各元素的發(fā)射強度。然后，分別以被測元素的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，發(fā)射強度為縱坐標(biāo)，繪制工作曲線。標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率均大于0.999 5，可滿足測定的要求。

1.5 氧化鋁結(jié)果的計算

將標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的含量直接輸入工作站軟件中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列溶液和分析試液的強度值，由工作軟件計算、校正并輸出分析試液中鋁元素的濃度，通過 公 式計算出氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。式中w為氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；c為儀器計算的分析試液中鋁元素的質(zhì)量濃度，μg·mL-1；V為測定溶液的體積，mL；m為試樣質(zhì)量，g；n為氧化鋁與鋁單質(zhì)換算系數(shù)，n=1.890。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶樣方法的選擇

氧化鋁可在恒溫密閉的稀鹽酸介質(zhì)中完全溶解，而銅易溶于硝酸，適量的氫氟酸可加速氧化鋁的溶解。為選擇溶樣方法，對樣品進行190℃下恒溫密閉罐中溶解5 h的對照試驗，其結(jié)果列于表1。由表1可知：硝酸的加入，對測定結(jié)果沒有影響；隨著氫氟酸的加入，測定值略偏低，這是生成少量的氟化鋁沉淀導(dǎo)致的。因此，選擇鹽酸（1+1）為消解酸。

表1 不同酸量的溶解情況Table 1 Dissolution in different acids

由于樣品中氧化鋁的含量較低，肉眼無法觀察其是否消解完全，因此消解后的溶液均需進行鋁含量的測定。選用1號樣品、消解酸為鹽酸（1+1），在不同溫度及時間條件下進行消解試驗，其結(jié)果列于表2。由表2可知，當(dāng)時間為5 h時，在180和190℃下的樣品均能完全溶解，而170℃條件下的樣品不能完全溶解；當(dāng)時間低于4 h時，樣品均不能完全溶解。因此，消解溫度及時間分別選擇190℃和5 h。

表2 不同溫度和時間下的溶解情況Table 2 Sample dissolution at different temperatures and durations

2.2 分析譜線的選擇

圖1為鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液（10.0 μg·mL-1）和1號樣品的ICP-AES圖。從圖1可見，標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液的峰型明顯且無其它干擾峰出現(xiàn)。按照干擾少、靈敏高的原則，選擇分析譜線的波長為396.152 nm。

圖1 鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液（10.0 μg·mL-1）及1號樣品的ICP-AES圖Figure 1 Peak shape of 10.0 μg·mL-1 aluminum standard solution and sample 1#

2.3 銅基體的影響

按照試驗方法，分別在含不同濃度的銅溶液中加入1.0 μg·mL-1的 鋁 標(biāo) 準(zhǔn) 溶 液1和10.0 μg·mL-1的鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液2，測定結(jié)果列于表3。由表3可知，當(dāng)銅溶液濃度不大于1.0 mg·mL-1時，銅基體對鋁的測定結(jié)果沒有影響。因此，不需要做基體匹配。

表3 銅基體的影響結(jié)果Table 3 Influence of the concentration of copper

2.4 方法檢出限

按照實驗方法，用空白溶液連續(xù)測定11次，其結(jié)果的10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(yīng)的濃度值即為檢出限。本方法得到的檢出限為0.001 μg·mL-1，表明該方法能夠滿足檢測要求。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線

按照實驗方法測定標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到的r值為0.999 98，表明工作曲線的線性能可滿足檢測的需求。

2.6 加標(biāo)回收實驗

按照試驗方法，對1號樣品進行加標(biāo)回收測定，試驗結(jié)果列于表4。

表4 加標(biāo)回收試驗Table 4 Recovery tests

由表4可知，樣品可以完全消解，加標(biāo)回收率在96.9%—102.0%之間。表明，本方法準(zhǔn)確度較高，能夠滿足檢測需求。

2.7 精密度實驗

按照實驗方法對氧化鋁銅樣品分為3組進行全過程測定，每組平行測定7次。將測定結(jié)果與參考值進行對比，測量結(jié)果列于表5。由表5可知，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.35%—0.50%之間。表明，本方法精密度較高，能夠滿足檢測需求。

表5 試樣測定結(jié)果Table 5 Results of precision tests

3 結(jié)論

用鹽酸密閉恒溫溶樣，采用ICP-AES法測定氧化鋁銅中的氧化鋁含量。在鹽酸（1+1）作為消解酸、消解溫度190℃、時間5 h的條件下，在密閉恒溫環(huán)境中氧化鋁可以完全溶解，并且銅對鋁的測定無基體影響。本方法的加標(biāo)回收率在96.9%—102.0%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.35%—0.50%之間。表明，該方法能夠滿足快速準(zhǔn)確測定氧化鋁銅中氧化鋁含量的需求，適用于氧化鋁含量為0.1%—1.0%的氧化鋁銅的測定。