ICP-OES法測(cè)定鋯合金中Be、K、Li的含量

惠泊寧 周 軍 焦永剛 田 鋒 石明華 李中奎 文惠民

(西部新鋯核材料科技有限公司，西安 710016)

ICP-OES法測(cè)定鋯合金中Be、K、Li的含量

惠泊寧 周 軍 焦永剛 田 鋒 石明華 李中奎 文惠民

(西部新鋯核材料科技有限公司，西安 710016)

建立了電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定鋯合金中Be，K，Li元素含量的分析方法。確定了樣品前處理方法與分析譜線，采用基體匹配消除干擾。方法精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)表明，各元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%，加標(biāo)回收率在95%～106%之間。所建立的方法快捷、簡便、準(zhǔn)確，滿足鋯合金中Be、K、Li元素分析要求。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜；鋯合金；Be；K；Li

鋯合金在核能源領(lǐng)域與核戰(zhàn)略領(lǐng)域有著廣泛的用途和非常重要的意義。金屬鋯以及鋯合金具有較小的熱中子吸收截面、較高的耐腐蝕性、良好的可加工性以及熱傳導(dǎo)性等特質(zhì)，對(duì)高溫水和水蒸汽具備良好的抗腐蝕性能[1]。因此鋯合金被廣泛應(yīng)用于水冷動(dòng)力堆的包殼材料與堆芯結(jié)構(gòu)材料，金屬鋯被譽(yù)為“原子時(shí)代的第一金屬”[2]。

隨著鋯合金在核能領(lǐng)域的發(fā)展，原子能級(jí)鋯合金對(duì)雜質(zhì)種類與含量要求越來越嚴(yán)格。采用ICP-OES測(cè)定鋯合金中Be、K、Li的方法尚未見報(bào)道。ICP-OES具備檢出限低、基體效應(yīng)小、精密度高、全譜直讀等優(yōu)點(diǎn)[3]，在有色金屬成分分析中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[4]。

實(shí)驗(yàn)提出采用氫氟酸與硝酸混酸溶解，ICP-OES測(cè)定鋯合金中Be、K、Li元素含量。本方法前處理簡便，測(cè)定快速、準(zhǔn)確，適用于鋯合金中Be、K、Li的測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

ICAP7600型電感耦合等離子體發(fā)射光譜(賽默飛世爾)；優(yōu)普超純水處理系統(tǒng)；AL204電子分析天平(梅特勒托利多)。

1.2 試劑與標(biāo)準(zhǔn)溶液

試劑：氫氟酸(48%、優(yōu)級(jí)純)，硝酸(68%、優(yōu)級(jí)純)；實(shí)驗(yàn)用水為超純水(符合國標(biāo)一級(jí)水，電阻率≥18.2MΩ·cm)。

標(biāo)準(zhǔn)溶液：Be、K、Li標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000mg/L)，分兩種品牌購于美國IV公司以及美國SPEX公司。純鋯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(企業(yè)自制，Zr：99.96%)。

1.3 儀器工作條件

工作條件為：高頻發(fā)生器功率1.35kW，等離子氣流量13L/min，輔助氣流量0.8L/min，霧化氣流量0.85L/min，泵速30rpm。

1.4 樣品前處理

準(zhǔn)確稱取干凈清潔的樣品0.5000g(精確至0.0001g)，至于50mL耐氫氟酸燒杯中，加入約5mL超純水浸沒樣品，等分兩次共加入5mL氫氟酸硝酸混酸溶液(14.4%氫氟酸、6.8%硝酸)，帶樣品完全溶解并冷卻后，轉(zhuǎn)移至50mL耐氫氟酸容量瓶中，用超純水定容，搖勻待測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理?xiàng)l件選擇

實(shí)驗(yàn)采用氫氟酸與硝酸的混酸對(duì)樣品進(jìn)行溶解。直接使用氫氟酸溶解樣品反應(yīng)速率過快，實(shí)驗(yàn)證明加入硝酸可以適當(dāng)降低反應(yīng)速率，推斷認(rèn)為硝酸具有強(qiáng)氧化性，可將溶解過程中不斷暴露出的鋯金屬表面迅速氧化成致密的二氧化鋯氧化膜。實(shí)驗(yàn)證明加入硝酸有利于反應(yīng)產(chǎn)物在水中溶解，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。綜合考慮選擇混酸溶液的體積配比為氫氟酸∶硝酸∶水=3∶1∶6，折算成濃度為14.4%的氫氟酸、6.8%的硝酸。

表1 前處理實(shí)驗(yàn)

2.2 分析譜線選擇

根據(jù)儀器推薦的分析譜線，分別考察了鋯、錫、鐵、鉻對(duì)待測(cè)元素的譜線干擾情況，比較靈敏度以及信背比[5-7]，確定了合適的譜線，詳見表2。

表2 各元素分析譜線

2.3 校準(zhǔn)曲線配制

分別稱取純鋯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)0.5000g(精確至0.0001g)，與樣品同方法處理，分別加入適量各待測(cè)元素Be，K，Li的標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，校準(zhǔn)曲線線性相關(guān)系數(shù)≥0.999，標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的質(zhì)量濃度見表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度 μg/L

2.4 檢出限

實(shí)驗(yàn)以純鋯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為基體配制空白溶液，對(duì)11份空白溶液不連續(xù)的3個(gè)工作日進(jìn)行測(cè)定，以各待測(cè)元素測(cè)定結(jié)果3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差求得方法檢出限，各待測(cè)元素檢出限見表4。

表4 各元素的檢出限 μg/g

2.5 精密度

將樣品不連續(xù)的3個(gè)工作日測(cè)定7次，由表5可見各待測(cè)元素精密度(RSD)均小于5%，符合分析要求。

表5 各元素的精密度 μg/g

2.6 回收率

按本方法將樣品溶解，加入不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容后進(jìn)行加標(biāo)回收率測(cè)定，結(jié)果見表6。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明回收率在95%～106%之間，說明本方法準(zhǔn)確度好。

表6 各元素回收率

3 結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)采用氫氟酸與硝酸的混酸溶解鋯合金樣品，采用ICP-OES測(cè)定鋯合金中Be、K、Li元素含量。通過使用純鋯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為校準(zhǔn)曲線基體，消除測(cè)定過程中可能存在的干擾。該方法檢出限低，回收率與精密度表明本方法準(zhǔn)確可靠，滿足鋯合金中Be、K、Li的分析要求。

[1]劉建章,趙文金,薛祥義,陸世英,等.核結(jié)構(gòu)材料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007:5-8.

[2]扎依莫夫斯基Ac，等,姚敏智譯.核動(dòng)力用鋯合金[M].北京:原子能工業(yè)出版社,1988:1.

[3]王琳琳,呂新明,賀國慶.ICP-OES法測(cè)鉛礦中砷鎘銅鎳鋅含量[J].分析儀器,2011,(6):41-44.

[4]阮桂色.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國無機(jī)分析化學(xué),2011,1(4):15-18.

[5]鄧勃,寧永成,劉密新.儀器分析[M].北京:清華大學(xué)出版社,1991:111-159.

[6]湯普森M,沃爾什JN. ICP光譜分析指南.北京:冶金工業(yè)出版社,1991:33-34.

[7]嚴(yán)風(fēng)霞,王筱敏.現(xiàn)代光學(xué)儀器分析選論.上海:華東師范大學(xué)出版社,1992:33-71.

Determination of Be, K, Li in zirconium alloy by inductively coupled plasma optical emission spectrometry.

Hui Boning, Zhou Jun, Jiao Yonggang, Tian Feng, Shi Minghua, Li Zhongkui, Wen Huimin

(WesternEnergyMaterialTechnologiesCo.,Ltd.，Xi’an710016,China)

A method for determination of Be, K, Li in zirconium alloy by ICP-OES was established. The way of sample pretreatment was determined. Spectral lines of each element were selected. The matrix matching method was used to eliminate interference brought by the base of zirconium in these elements. The precision and accuracy of the method were tested. The results showed that the relative standard deviations (RSD) for each element were all less than 5%, and the recoveries were 95%-106%. The experiments show that the method is rapid, accurate and applicable to simultaneous determination of Be, K, Li in zirconium alloy.

inductively coupled plasma optical emission spectrometer; zirconium alloy; Be; K; Li

惠泊寧，男，1988年出生，助理工程師，碩士，從事核材料化學(xué)分析工作，E-mail: burninghill@163.com。

10.3936/j.issn.1001-232x.2015.04.009

2015-01-13