ICP-AES法測定金屬鈮中微量Cu、W元素

(中航工業北京航空材料研究院，北京 100095)

ICP-AES法測定金屬鈮中微量Cu、W元素

李漢超

(中航工業北京航空材料研究院，北京 100095)

采用ICP-AES法測定金屬鈮中Cu、W元素，試樣用硝酸和氫氟酸溶解，進行了基體元素和共存元素對Cu、W的光譜干擾研究，選擇了最佳的分析譜線，同時測定了分析方法的檢測限。該方法準確、快速、簡便，能夠滿足金屬鈮中含量范圍在0.001%～0.01%的Cu、W元素的檢測需求，加標回收率在90%～120%之間。

純鈮；銅；鎢；ICP-AES

金屬鈮具有耐腐蝕性好、熔點高、導熱性能好、易加工等特點，廣泛應用于電子、軍事、核工業等行業中，其純度對于材料的應用起著非常關鍵的作用,Cu、W等雜質含量超標會影響材料的性能,是確定產品質量的非常關鍵的指標，需要建立快速、準確的檢測方法。目前，國內外的各種標準中，測定鈮中鎢含量的有硫氰酸鹽光度法[1,2]和電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES法)[3]，但其測定范圍的下限是0.05%,無法滿足純金屬鈮中鎢含量小于0.01%的檢測需求。同樣,其他相近材料的各種標準方法中測定微量銅的方法也大多采用ICP-AES法[4]，但是由于基體的不同不能夠直接套用,因此，對于金屬鈮中含量范圍0.01～0.001%的銅元素的分析方法需要進行研究。

ICP-AES法具有線性范圍寬、檢測限低、靈敏度高、基體效應小，可多元素同時測定 等特點。本實驗通過對金屬鈮中Cu、W元素光譜干擾的詳細研究,確定了準確可靠的分析方法,應用于日常純金屬鈮的檢測工作中,取得了很好的效果.

1 實驗部分

1.1 儀器及工作參數

1.1.1 儀器工作條件

實驗選擇兩種類型的ICP光譜儀對鈮基體和少量共存元素對Cu和W的干擾情況進行研究，推薦的儀器工作參數見表1。

表1 推薦的儀器工作參數

1.1.2 分析線

Cu：216.509nm，217.894nm，222.886nm，223.008nm{151} ；

W： 224.875nm，207.911 nm {162}，224.875 nm { 149}。

1.2 主要試劑及標準溶液

銅標準溶液A：0.10mg/mL

稱取0.1000g純金屬銅(99.9%)于150mL燒杯中，加入60mL硝酸(1+1)，加熱至銅完全溶解。冷卻至室溫，移入1000mL容量瓶中，以水稀釋至刻度，搖勻。

銅標準溶液B：0.01 mg/mL。

移取20.00mL銅標準溶液A 于 200mL容量瓶中，補加20mL硝酸(1+1)，用水稀釋至刻度，搖勻。

鎢標準溶液A：1.00mg/mL。

稱取0.6305g光譜純的三氧化鎢(預先在800℃灼燒30min)，置于鉑皿中，加入10mL～15 mL氫氧化鈉溶液(200g/L)，加熱溶解。冷卻至室溫，移入500mL塑料容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

鎢標準溶液B：0.10mg/mL。

稱取20.00mL鎢標準溶液A于 200mL塑料容量瓶中，加入40mL鹽酸，用水稀釋至刻度，混勻。

鎢標準溶液C：0.01 mg/mL。

稱取20.00mL鎢標準溶液A于 200mL塑料容量瓶中，加入20mL鹽酸，用水稀釋至刻度，混勻。

鹽酸、硝酸和氫氟酸等實驗用所有試劑為優級純，水是二次蒸餾水。

1.3 樣品制備

稱取1.0000g金屬鈮樣品于50mL聚四氟乙烯燒杯中，加入2mL HF、5mLHNO3低溫加熱溶解，若有少許不溶物，稍冷，加入2mLHCl，吹水，繼續加熱，稍冷后轉移入50mL塑料容量瓶，用水定容，待測。

1.4 ICP測量和結果計算

1.4.1 標準曲線系列溶液的制備

(1)高標溶液

根據試料中金屬鈮元素的含量范圍，稱取適量鈮粒(質量分數不小于99.99%)若干份(使鈮的含量與試料中鈮的含量基本一致)，按1.3制備溶液，移入50mL塑料容量瓶中,根據試樣中銅、鎢的含量范圍，在容量瓶中加入適量銅、鎢標準溶液，使高標溶液中銅、鎢的含量略高于試樣中銅、鎢的含量，鈮的含量與試料中鈮的含量基本一致，用水稀釋至刻度，搖勻。

(2)低標溶液

根據試料中金屬鈮元素的含量范圍，稱取適量鈮粒(質量分數不小于99.99%)兩份(使鈮的含量與試料中鈮的含量基本一致)，按1.3制備低標溶液，移入50mL塑料容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

1.4.2 測量

按儀器說明書使儀器最優化，待儀器穩定后，在選定的儀器工作條件及分析線波長下，采用制備的標準曲線系列溶液(1.4.1)對儀器進行標準化，依次測定試液(1.3)中銅、鎢的質量濃度或百分含量。

1.4.3 分析結果的計算

則按下式計算出待測元素的質量分數w，數值以%表示：

式中：ρM——自工作曲線上查得的銅、鎢元素的質量濃度，單位為μg/mL ；

V——試液的總體積，單位mL；

m——試料的質量，單位g。

2 結果與討論

2.1金屬鈮中基體元素和少量共存元素對分析元素Cu、W的光譜干擾研究

根據純金屬鈮中的主要化學成分，配制了包括試劑空白溶液、基體元素溶液、微量共存元素溶液(Ni和Fe)、分析元素溶液在內的各光譜干擾研究試驗溶液，在JY ULTIMA和TJA IRIS儀器上對分析元素Cu、W各5～6條分析譜線中心波長附近進行掃描，獲得單一干擾元素溶液、單一分析元素溶液、空白溶液的光譜掃描圖形。將獲得的光譜掃描圖形進行適當疊加放大處理，得出干擾元素在分析譜線附近的光譜干擾情況。

研究結果表明，可以采用Cu216.509nm，217.894nm，222.886nm/223.008nm{151}進行金屬鈮中Cu的測量，但需要對樣品中的鈮進行匹配。可以采用W 224.875nm/224.875 nm {149}進行金屬鈮中W的測量，但需要對樣品中的鈮進行匹配。

2.2 Cu、W的儀器檢出限的測量

用含Cu、W元素的含量分別為0%、0.0005%和0.001%的標準溶液繪制工作曲線，在兩臺儀器上分別測量10次5%的HCl溶液，儀器檢出限的結果見表2。

表2 Cu、W元素的儀器檢出限 μg/mL

按照下式計算儀器檢出限

式中：Sb——空白樣品分析信號的標準偏差；

S——工作曲線低濃度范圍的斜率；

K=3。

由上表計算出的儀器檢出限和所研究的Cu、W元素的含量范圍計算可知，本實驗所研究Cu元素的最低含量(0.001%，濃度約0.20μg/mL)是Cu元素在JYULTIMA儀器檢出限的10倍以上，是在TJA IRIS儀器檢出限的4倍以上，因此可以判定JYULTIMA儀器上Cu 216.509nm，217.894nm和222.886nm可以作為分析譜線，IRIS儀器上Cu223.008nm{151}作為最低含量為0.003%時的分析譜線；所研究W元素的最低含量(0.001%，濃度約0.20μg/mL)是W元素在JYULTIMA儀器檢出限的10倍以上，與在TJA IRIS儀器檢出限接近，因此，初步可以選定JYULTIMA儀器上W 224.875nm做為分析譜線；IRIS儀器上W224.875nm{149}做為最低含量為0.005%時的元素分析譜線。

2.3 工作曲線線性試驗

按照1.3樣品制備方法平行處理純金屬鈮化學標準物質若干份，根據常見純金屬鈮中分析元素的含量范圍，合成系列標準溶液，在確定的儀器參數下，建立了工作曲線，并測量了線性系數，各分析元素在工作曲線標準溶液中的百分含量和工作曲線的線性相關系數見表3。

表3 工作曲線中分析元素的含量、線性相關系數及方法檢出限

* Cu 216.509nm分析譜線數據，** Cu 217.894nm分析譜線數據，*** Cu 222.886nm分析譜線數據。

2.4 分析方法檢出限

在確定的儀器參數下，用2.3的工作曲線，連續進行10次純鈮空白溶液的測量，計算出了各分析元素的方法檢出限，結果見表3。

2.5 精密度、準確度及加入回收試驗

按照1.3樣品處理方法平行處理純金屬鈮(北京中金研新材料科技有限公司 Nb-032011-11-29)和純金屬鈮樣品若干份，根據常見純金屬鈮中分析元素的含量范圍，合成系列標準溶液，在確定的儀器參數下，用2.3工作曲線，進行精密度、準確度及加入回收試驗，并計算溶液中的Cu、W元素相對標準偏差、回收率和允許差，結果見表4～表7。

表4 JY ULTIMA測量Cu的準確度、精密度及加入回收試驗 %

表5 JY ULTIMA測量W的準確度、精密度及加入回收試驗(格式參照表6) %

表6 TJA IRIS測量Cu的準確度、精密度及加入回收試驗 %

3 結論

用硝酸和氫氟酸溶解法溶解金屬鈮后，用基體匹配工作曲線的方法，在Cu216.509nm，217.894nm，222.886nm/223.008nm{151}，W 224.875nm/224.875{149}nm上，通過JY ULTIMA和TJA IRIS兩臺電感耦合等離子體發射光譜儀均可準確、可靠的測定金屬鈮中含量范圍在0.001%～0.010%的Cu、W元素。對于含量范圍在0.001%～0.010%范圍金屬鈮標準物質的Cu、W元素，測量值與原值基本一致，RSD小于20.6%。

[1] GB/T15076.3鉭鈮化學分析方法 銅量的測定.

[2] GB/T15076.5 鉭鈮化學分析方法 鉬量和鎢量的測定.

[3] GB/T15076.9 鉭鈮化學分析方法 鉭中鐵、鉻、鎳、錳、鈦、鋁、銅、錫、鉛和鋯量的測定.

[4] 王海舟 主編。鋼鐵及合金分析.北京:科學出版社,2004 ：718.

DeterminationofCuandWinniobiumbyICP-AES.

LiHanchao

(AVICBeijingInsitituteofAeronauticalMaterials,Beijing100095，China)

The method for simultaneous determination of Cu and W in niobium by ICP-AES was presented.Sample were dissolved by HNO3and HF.The spectral interferences from matrix element and coexist elements were studied.The analytical lines were selected .And the detection limits were determined .The method is simple ,fast ,accurate ,which is fit for the determination of 0.001%-0.01%Cu and W in niobium.The recovery was 90%-120%.

niobium;copper;tungsen;ICP-AES

李漢超，工程師，長期從事材料檢測技術研究工作。

10.3936/j.issn.1001-232x.2014.04.009

2014-03-22