電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定硅鋯合金中的鋁和鈣

左 良

(天津華勘商品檢驗有限公司，天津 300181)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定硅鋯合金中的鋁和鈣

左 良

(天津華勘商品檢驗有限公司，天津 300181)

通過硝酸、氫氟酸和鹽酸分解試樣，高氯酸冒煙驅(qū)走硅和氟，最后用鹽酸溶解鹽類，選擇Al(396.152 nm)、Ca(315.887 nm)作為分析譜線，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定硅鋯合金中的鋁和鈣。研究了鋯離子(0.3 mg/mL)和鐵離子(0.2 mg/mL)共存體系中基體效應(yīng)和光譜干擾對待測元素測定的影響。結(jié)果表明，該質(zhì)量濃度的鋯離子和鐵離子對待測元素的測定結(jié)果不產(chǎn)生影響。鋁和鈣的質(zhì)量濃度在10～50 μg/mL,其線性相關(guān)系數(shù)均不小于0.999，方法中鋁和鈣的檢出限分別為0.009 μg/mL和0.006 μg/mL。按照實驗方法測定硅鋯合金中的鋁和鈣，結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=10)分別為0.85%和1.4%。方法適用，結(jié)果令人滿意。

硅鋯合金；鋁；鈣；電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法；酸溶法

前言

由于鋯的熔、沸點高，密度適中，良好的強度和塑性匹配，熱中子吸收界面小，獨特的核性能，耐腐性好等特點[1]，鋯及其合金在核工業(yè)[2-4]，冶金工業(yè)[5]，生物醫(yī)學(xué)和新型工業(yè)材料[6-7]等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。硅鋯合金是一種新型冶金材料，主要用于鋼鐵的冶煉。可以提高鋼的韌性、強度和耐磨性、改變鋼的淬透性、焊接性、加工性能以及耐腐蝕性[8]。因此，硅鋯合金各元素的指標(biāo)分析，具有現(xiàn)實意義。從目前的分析方法來看，尚無報道硅鋯合金指標(biāo)元素的分析方法。本文提出了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定硅鋯合金中的鋁、鈣，解決了硅鋯合金重要指標(biāo)元素鋁和鈣的分析方法問題。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法因其具有分析速度快、線性范圍寬、靈敏度高、穩(wěn)定性好、且同時可以檢測多種元素等特點，在現(xiàn)代冶金分析中得到廣泛的應(yīng)用[9-12]。本文采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定硅鋯合金中鋁和鈣的含量，確定了分析譜線，探索了共存體系中離子的光譜干擾和基體干擾，同時在選定條件下進行了精確度和加標(biāo)回收實驗。結(jié)果表明，方法適用于硅鋯合金樣品中鋁和鈣的測定，結(jié)果令人滿意。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

Optima-8000DV電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(美國PE公司)。

硝酸、氫氟酸、鹽酸、高氯酸均為優(yōu)級純，實驗用水為二次去離子水。

Al、Ca、Zr、Fe標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(1 mg/mL，鋼鐵研究總院)；Al、Ca標(biāo)準(zhǔn)工作溶液(100 μg/mL)：由Al、Ca標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液逐級稀釋配制而成。

1.2 儀器條件

在實驗過程中，首先要對儀器工作條件進行優(yōu)化，選擇適合的測量條件，儀器的最佳測定條件見表1。

按照分析譜線選擇的基本原則：信噪比小、靈敏度高、基體對譜線干擾小或無干擾等因素，對譜線庫不同譜線進行篩選，實驗中選擇待測元素的分析譜線見表2。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

稱取0.1 g(精確至0.000 1 g)樣品，置于200 mL聚四氟乙烯燒杯中，用少量水潤濕后，加入5 mL硝酸，用塑料刻度管滴加5 mL氫氟酸,待反應(yīng)平穩(wěn)后，加入5 mL鹽酸，緩慢加熱，待試樣完全溶解后，加入3 mL高氯酸，低溫加熱，蒸發(fā)冒煙至近干，取下冷卻至室溫，加入10 mL鹽酸，低溫加熱至溶液完全溶解，取下冷卻至室溫。將溶液移入100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻待測。

表1 ICP-AES 工作條件

表2 待測元素的分析譜線

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的配制

分別分取Al、Ca標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)0.00、10.0、20.0、50.0 mL于四個100 mL容量瓶中，分別加入10 mL鹽酸，用水稀釋至刻度，搖勻。此系列溶液含Al、Ca分別為0.00、10.0、20.0和50.0 μg/mL。

1.3.3 基體溶液配制

分別分取Zr、Fe標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(1 mg/mL)30 mL和20 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mL鹽酸，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液含Zr和Fe分別為0.3 mg/mL和0.2 mg/mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 光譜干擾和譜線選擇

硅鋯合金中主要含有Si(約50%)，Zr(約30%)，F(xiàn)e(約20%)三種元素，用氫氟酸溶解樣品，并用高氯酸冒煙驅(qū)走硅和氟，所以待測液中硅的含量可以忽略不計。樣品待測液中分別含有鋯離子約0.3 mg/mL,鐵離子約0.2 mg/mL，用含此兩種元素的基體溶液做光譜干擾實驗。結(jié)果表明：0.3 mg/mL的鋯離子和0.2 mg/mL的鐵離子在元素Al(396.152 nm)和Ca(315.887 nm)分析譜線掃描窗口內(nèi)均無波峰出現(xiàn)。其信號基線較平直并且與空白溶液幾乎完全重合。在譜線庫中，以2 nm為基準(zhǔn)，并沒有找到Al(396.152 nm)和Ca(315.887 nm)附近的鋯和鐵的干擾譜線，說明鋯和鐵在Al(396.152 nm)和Ca(315.887 nm)處無光譜干擾，與實驗結(jié)果相印證。

2.2 基體效應(yīng)影響

實驗表明，在分析譜線掃描窗口內(nèi)鋯離子(0.3 mg/mL)和鐵離子(0.2 mg/mL)產(chǎn)生一條與空白溶液基本重合的平直信號基線，表明該濃度的基體離子對分析譜線產(chǎn)生影響微小而無法判斷，或者說鋯與鐵在此濃度的基體效應(yīng)可以忽略不計，結(jié)果見表3。

表3 基體干擾對比

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

在實驗選定的條件下，測定標(biāo)準(zhǔn)溶液系列中Al和Ca的發(fā)射強度。以Al和Ca的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，發(fā)射強度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍和相關(guān)系數(shù)見表4。在同樣條件下對標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中空白溶液連續(xù)測定10次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計算方法中Al和Ca的檢出限，結(jié)果見表4。在線性范圍10.0～50.0 μg/mL內(nèi)，Al和Ca的線性關(guān)系較好。

表4 校準(zhǔn)曲線的線性范圍、相關(guān)系數(shù)和檢出限

2.4 方法精密度實驗

選取一個硅鋯合金樣品進行10次平行測定，對數(shù)據(jù)結(jié)果進行數(shù)理統(tǒng)計，計算出相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，結(jié)果見表5。Al和Ca的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.85%和1.4%。

2.5 加標(biāo)回收實驗

在一個硅鋯合金樣品中加入一定量各元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照實驗方法操作，測定加標(biāo)回收率，實驗結(jié)果見表6。結(jié)果表明，Al和Ca的加標(biāo)回收率分別為97.8%和101%，說明此方法可行并且結(jié)果準(zhǔn)確。

表5 精密度實驗結(jié)果

表6 回收率實驗結(jié)果

3 結(jié)語

ICP-AES法用于檢測硅鋯合金中Al和Ca元素含量，通過精密度實驗，Al和Ca的RSD(n=10)為0.85%、1.4%，其加標(biāo)回收率分別為97.8%和101%，從數(shù)據(jù)上確定了該實驗方法的可行性和結(jié)果的準(zhǔn)確性。此方法操作性強，對硅鋯合金的成分起到了監(jiān)控作用，滿足生產(chǎn)檢測需求。

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Determination of Aluminum and Calcium in Silicon Zirconium Alloy by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

ZUO Liang

(TheNorthChinaMineralandGeologyTestingCenterofCNNC,Tianjin300181,China)

The samples were firstly digested with nitric acid, hydrofluoric acid and hydrochloric acid, and then fumed with perchloric acid so as to remove silicon and fluorine, and finally the salts were dissolved by hydrochloric acid. The analytical lines were selected as Al 396.152 nm and Ca 315.887 nm. The contents of aluminum and calcium in silicon zirconium alloy were determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). The influence of matrix interference and spectral interference on the determination were investigated in the coexistence system containing 0.3 mg/mL zirconium ion and 0.2 mg/mL iron ion. The results showed that the determination of Al and Ca by zirconium ion and iron ion were not affected under the experimental conditions. The linear correlation coefficients were both less than 0.999 when the concentrations of Al and Ca were 10-50 μg/mL. The detection limits for Al and Ca were 0.009 μg/mL and 0.006 μg/mL, respectively. The relative standard deviations (RSDs,n=10) for Al and Ca were 0.85% and 1.4%, respectively. The method is applicable with satisfactory results.

silicon zirconium alloy; aluminum; calcium; inductively coupled plasma atomic emission spectrometry; acid dissolution

10.3969/j.issn.2095-1035.2016.04.014

2016-04-04

2016-05-18

左良，男，工程師，主要從事電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜的分析研究。E-mail: liang-zl@sohu.com

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2016)04-0052-04