鈦合金中Cr、Fe、Si元素含量的ICP-OES分析

王翠翠，劉玉龍，王 燕，梁永濤

(中信重工機械股份有限公司，河南 洛陽 471039)

鈦合金強度高、耐蝕性好、耐熱性高。主要用于制作飛機發動壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。其中的化學成分Cr、Fe、Si等元素的檢測手段也在不斷提高。近幾年來，電感耦合等離子體原子發射光譜法(簡稱 ICP-AES)具有線性范圍寬、檢測限低、精密度高、基體效應小、干擾少且易于排除，可進行多元素同時測定等優點，已成為冶金行業中不可缺少的重要分析手段。

本文通過用硫酸、硝酸對樣品進行溶解，優化儀器條件、選定最佳測定波長，選擇合適的譜線，對鈦合金中Cr、Fe、Si元素進行同時測定，測定結果滿意。

1 儀器與試劑

1.1 儀 器

先行者CP114電子天平，奧豪斯儀器(上海)有限公司；Varian-OES 725光電藕合等離子體發射光譜儀，美國瓦里安儀器公司。

1.2 試 劑

濃硝酸(HNO3)，市售；濃硫酸(H2SO4)，市售;1+1硫酸(H2SO4)：先將1份水加入500 mL的燒杯中，在緩慢加入一份硫酸，邊加邊攪拌;鈦粉(質量分數大于99.95%);鉻標準溶液(1000 μg/mL);鐵標準溶液(100 μg/mL);硅標準溶液(100 μg/mL)。

2 分析方法

2.1 樣品制備

稱取被測樣品0.1000 g，放入50 mL的鋼鐵兩用瓶中，加入1+1硫酸10 mL，在低溫電爐上加熱熔解，待劇烈反應結束后，滴加濃硝酸至紫色褪去，煮沸除去氮氧化物，取下冷卻，用蒸餾水稀釋到定容刻度，搖勻備用。

2.2 儀器測量條件

功率：1.00 kW;等離子氣流量：15.0 L/min;輔助氣流量：15.0 L/min;霧化器壓力：220 kPa;觀測高度：11 mm;讀數時間：3.00 s/次;讀數次數：3次;儀器穩定時間：10 s/次;各元素分析譜線波長/nm：Cr 206.158，Fe 234.350，Si 185.005。

2.3 標準曲線繪制

表1 標準曲線系列Table 1 Standard curve series

稱取鈦粉0.1000 g 6份與50 mL的容量瓶中，用2.1樣品制備方法制備，按照表1加入量添加標準溶液Cr、Fe、Si。用標準溶液系列在光電藕和等離子體發射光譜儀(型號Varian-OES 725)上，在2.2儀器測量條件下，利用儀器自身軟件繪制標準曲線。

表2 工作曲線參數表Table 2 Working curve parameters

2.4 被測樣品分析

按照2.1制備好的待分析樣品，在2.3中所建立的分析程序中，對被測樣品進行分析檢測。

3 結果與討論

3.1 樣品制備條件選擇

對于鈦合金試樣用硫酸溶解效果較好，而對于本試驗室ICP型號而言：硫酸粘度大，霧化效果不理想。分別用硫酸+水：2+1、1+1、1+2 溶解試樣，發現用1+1的硫酸溶解試樣，速度快、無殘渣，在ICP-OES上測定結果良好。

3.2 儀器工作條件選擇

化學分析準確度的大小與條件的選擇密切相關，條件選擇得當，分析結果就會十分準確。在ICP發射光譜中，有幾個主要分析參數影響分析性能，它們主要是：高頻功率、霧化器壓力、觀測高度、讀數時間、各元素分析譜線波長等，直接影響元素分析的準確度和精密度。其中高頻功率、霧化器壓力、觀測高度和讀數時間的選擇都是以信背比來衡量的。

3.2.1 分析譜線的選擇

經查閱譜線圖選擇擬用譜線，在實際工作條件下進行測量，通過對譜峰圖的觀察，分析判斷，剔除實際干擾較大的譜線，選擇沒有干擾或干擾一致、強度相對適中的譜線作為分析用譜線。

3.2.2 等離子體功率的選擇

在等離子氣流量：15.0 L/min；輔助氣流量：15.0 L/min；霧化器壓力：220 kPa；觀測高度：12 mm；讀數時間：3.00 s/次；儀器穩定時間：10 s/次的條件下，對等離子體功率進行優化選擇。當等離子體功率為1.00 kW時，各元素信背比較好，因此等離子體工作功率確定為：1.00 kW。

3.2.3 霧化器壓力的選擇

霧化器壓力決定分析液體的霧化效果，決定進入等離子體——燃燒炬管樣品的數量和均勻性，對分析結果有直接的影響。在等離子體功率1.00 kW、等離子氣流量：15.0 L/min；輔助氣流量：15.0 L/min；觀測高度：12 mm；讀數時間：3.00 s/次；儀器穩定時間：10 s/次的條件下，通過實驗對霧化器壓力進行優化選擇。最終選擇220 kPa為霧化器工作壓力。

3.2.4 觀測高度選擇

在等離子體功率1.00 kW、等離子氣流量：15.0 L/min；輔助氣流量：15.0 L/min；霧化器壓力220 kPa；讀數時間：3.00 s/次；儀器穩定時間：10 s/次的條件下，通過實驗對觀測高度進行優化選擇。選擇觀測高度為：11 mm。

3.2.5 讀數時間的選擇

光源進入儀器內部通過色散，元素特征譜線在檢測器上的停留時間，在分析條件中用讀數時間來表示。原則上低含量元素分析選擇分析時間相對較長2～4 s，高含量元素分析選擇分析時間相對較短1～3 s。本文的分析元素在分析過程中，讀數時間選擇3 s較為合適。

3.3 基體及共存元素干擾的消除

在本實驗中，通過稱取與試樣含量基本一致的高純鈦粉用作分析底液，消除基體鈦元素的干擾。共存元素的干擾通過優化分析譜線的方法來避免干擾。

4 方法驗證

4.1 準確度試驗

稱取編號為19009475、19009537試樣，按照上述溶解方法和試樣條件進行處理，準確度試驗如表3所示。

表3 準確度試驗Table 3 Accuracy test (%)

4.2 精密度試驗

稱取編號為19009475樣品，按照上述溶解方法和試樣條件進行處理，在繪制好的工作曲線上對該試樣測定15次，結果如表4所示。

表4 精密度試驗Table 4 Reproducibility test (%)

4.3 檢出限試驗

用隨同試樣分析的試劑空白，測定15次，結果如表5所示。

表5 檢出限試驗Table 5 Detection limit test (%)

5 結 論

經過樣品制備條件的選擇、儀器條件試驗、基體及共存元素干擾消除、準確度、精密度、檢出限試驗，證明了用本方法測定鈦合金中Cr、Fe、Si元素含量的可靠性，大大縮短了分析時間，提高了分析效率。