电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定N18锆合金中Nb，Sn，Fe，Cr元素含量

杨军红 李陀 石新层

（西部金属材料股份有限公司，西安710065）

电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定N18锆合金中Nb，Sn，Fe，Cr元素含量

杨军红 李陀 石新层

（西部金属材料股份有限公司，西安710065）

建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定N18锆合金中Nb，Sn，Fe和Cr含量的分析方法。对溶样方法、基体影响、谱线选择等进行了讨论，结果表明，锆基体对测定结果有一定的影响，在实验中采用基体匹配法消除基体干扰，并对实验条件进行了优化。在优化的实验条件下，该方法用于样品中Nb、Sn、Fe、Cr的测定，测定结果与化学法测定结果基本一致，加标回收率为96.7%～101.0%，相对标准偏差（RSD，n＝11）均小于3%。

N18合金；Nb；Sn；Fe；Cr；电感耦合等离子体原子发射光谱法

0 前言

锆合金由于具有良好的抗高温水及过热蒸汽的腐蚀性能、良好的力学强度和塑性以及较低的热中子吸收截面等特性，因此在反应堆内得以广泛应用。为了提高核电的经济性，核动力反应堆技术正朝着加深燃料燃耗，延长换料周期的方向发展，这就对锆合金的性能，尤其是其耐腐蚀性能提出了更高的要求。

中国在20世纪80年代开展了锆合金的研究，成功研发出了其堆外腐蚀、力学、吸氢性能大大优于Zr-4合金的新一代锆合金——N18合金［1］，其名义成分为Zr-1%Sn-0.3%Nb-0.35%Fe-0.1%Cr［2］。其中Nb，Sn，Fe，Cr对合金性能有着显著的影响［3］：如Nb的加入可以增强合金强度、提高耐腐蚀性；Sn可以消除杂质氮的影响并提高其力学性能；Fe，Cr含量则可以影响其强度等。因此，准确测定其合金成分就显得尤为重要。

采用硝酸-氢氟酸溶解合金试样［4］，以ICP-AES法同时测定溶液中的Nb，Sn，Fe，Cr含量。确定了分析条件并推荐了各元素的分析谱线，最后还进行了加标回收及精密度实验［5－6］。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Prodigy型高分辨率电感耦合等离子体原子发射光谱仪（美国利曼公司，200nm处光谱分辨率应小于0.1nm）。

铌、铁、铬、锡标准储备溶液（1g/L）：购买于钢研纳克检测技术有限公司，用时按要求稀释到所需浓度。

氯化锆酰（质量分数≥99.99%），所用试剂均为优级纯，实验用水为二次去离子水。

1.2 仪器工作条件

仪器的最佳分析条件见表1。

表1 仪器工作条件Table 1 Instrumental operating parameters

1.3 实验方法

准确称取0.10g（精确至0.000 1g）试样于100mL聚四氟乙稀烧杯中，加入10mL硝酸（1＋1），1mL氢氟酸溶解样品。待样品溶解完全后，将溶液转移至100mL塑料容量瓶中，以水稀释至刻度、混匀，待测。

2 结果与讨论

2.1 溶样方法的选择

锆及其合金一般采用硫酸-硫酸铵或硝酸-氢氟酸溶解。但在试样处理中，通常使用粘度小、表面张力小、雾化效率高的酸进行溶解。硫酸因其粘度较大，影响样品的提升量和雾化效率，故在ICP-AES分析中使用较少［7］。所以本实验采用硝酸-氢氟酸对样品进行溶解，并对其用量进行了研究讨论：发现10mL硝酸（1＋1），1mL氢氟酸可快速溶解样品。所以本实验选择10mL硝酸（1＋1），1mL氢氟酸作为溶样酸。

2.2 基体的影响

按照实验方法，分别测定了有锆基体和无锆基体时铌、锡、铁和铬的强度。研究发现，锆基体存在时其强度较低。这可能是由于大量基体的存在，使溶液的盐份、粘度、表面张力增大，从而引起溶液的吸入速率减小，雾化率降低，使参与激发的原子和离子数目减少，从而造成强度降低。所以，为了消除基体干扰，保证测定的准确性，本实验选择在工作曲线中加入与试样相一致的锆基体进行基体匹配。

2.3 分析谱线的选择

波长选择时既要最大限度地避开光谱干扰，又要考虑分析线的灵敏度和准确性。用铌、锡、铁和铬溶液、空白及样品溶液，分别对谱线库提供的谱线进行扫描，综合考虑扫描峰的形状、峰值与基线的情况，比较基体对该峰的干扰情况，推荐给出分析谱线（见表2）。

表2 分析谱线Table 2 Analytical lines

2.4 工作曲线制作

分别准确称取0.353 3g氯化锆酰于5个100mL聚四氟乙稀烧杯中，按实验方法处理后分别加入一定量的铌、锡、铁、铬标准溶液，制备标准工作曲线。测定标准溶液中各待测元素的谱线强度，以分析元素浓度（x）为横坐标，谱线强度（y）为纵坐标，绘制各待测元素的校准曲线。同时测量试剂空白溶液10次，以测定结果标准偏差的3倍作为检出限。实验结果表明，该方法检出限较低，待测元素在测定范围内有良好的线性关系，结果见表3。

表3 线性方程与检出限Table 3 Curve equations and detection limits of the method /（μg·g－1）

2.5 精密度实验

按实验方法，对N18合金中Nb，Sn，Fe，Cr进行测定，得到测定结果的相对标准偏差（RSD，n＝11），见表4。由表4可见，11次测定结果的精密度在0.80%～2.2%，证明该方法精密度良好。

表4 精密度实验Table 4 Precisions of the method /（μg·mL－1）

2.6 加标回收实验

按实验方法，进行方法的加标回收实验，测定结果见表5。由表5可见，加标回收率在96.7%～101.0%。

表5 加标回收实验Table 5 Recovery of the proposed method/（μg·mL－1）

2.7 方法分析结果对比实验

用ICP-AES法与化学法对同一样品进行测定，结果见表6。由表6可知，两种方法测定N18合金中Nb，Sn，Fe，Cr的分析结果基本一致。

表6 本法与化学法的比较Table 6 Comparison of the chemical analysis method with the proposed method in this work/（μg·mL－1）

3 结论

用ICP-AES法测定N18锆合金中Nb，Sn，Fe，Cr含量，方法简便、快速，测定结果的精密度高、准确度好、为N18锆合金中Nb，Sn，Fe，Cr含量的测定提供了一条有效途径，极大地提高了生产效率。

［1］赵文金，周邦新，苗志，等 .我国高性能锆合金的发展［J］.原子能科学技术，2005，39（增）：2-9.

［2］邱日盛，栾佰峰，柴林江，等 .锆合金第二相研究述评（II）：Zr-Sn-Nb-Fe系合金［J］.中国有色金属学报，2012，22（6）：1605-1615.

［3］李中奎，刘建章，朱梅生，等.合金元素对Zr-Sn-Fe-Cr-Nb合金性能的影响［J］.稀有金属材料与工程，1996，25（5）：43-48.

［4］李剑，孙友宝，马晓玲，等.氢氟酸直接进样-电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定氧化锆中多种杂质元素［J］.中国无机分析化学，2013，3（增刊）：31-32.

［5］郭蓉，廖志海 .原子吸收光谱法测定新锆合金中的镉［J］.光谱实验室，2009，26（2）：345-347.

［6］侯列奇，王树安，李洁，等.ICP-AES测定锆合金（Zr-2、Zr-4）中10种微量杂质元素［J］.光谱实验室，2005，22（5）：967-972.

［7］阮桂色.电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）技术的应用进展［J］.中国无机分析化学，2011，1（4）：15-18.

Determination of Nb，Sn，Fe and Cr in N18Alloy by
Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

YANG Junhong，LI Tuo，SHI Xinceng
（Western Metal Materials Co.LTD.，Xi’an，Shaanxi 710065，China）

A new method for the determination of Nb，Sn，Fe and Cr in N18alloy by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry was established.Analytical conditions such as preparations of sample solutions，the matrix interference and the analytical lines selection，etc，were discussed.The interferences were eliminated by using the matrix matching method and the experimental conditions were optimized.The proposed method has been applied to determine the contents of Nb，Sn，Fe and Cr in N18alloy，and the determination results were consistent with those obtained by chemical analysis method.The recovery was 96.7%～101.0%，and the relative standard deviation（RSD，n＝11）were less than 3.0%.

N18alloy；Nb；Sn；Fe；Cr；inductively coupled plasma atomic emission spectrometry

O657.31；TH744.11

：A

：2095-1035（2015）02-0047-03

2014-12-02

：2015-02-05

杨军红，男，高级工程师，主要从事材料分析研究。E-mail：yangjunhong＠sina.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2015.02.010