电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法测定高温合金中5种非金属元素

杨倩倩 何 淼 彭 霞

（钢铁研究总院，北京100081）

电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法测定高温合金中5种非金属元素

杨倩倩 何 淼 彭 霞

（钢铁研究总院，北京100081）

研究了快速测定高温合金中5种非金属元素（As，B，P，Se，Si）的分析方法，以满足高温合金行业对非金属元素检测的需求。利用王水、氢氟酸和酒石酸对高温合金进行酸溶解，系统研究了基体元素和共存元素对分析元素谱线的光谱干扰情况，同时进行了分析谱线的选择。5种非金属元素的检出限在5.0～12.0μg/mL，5次数据的相对标准偏差（RSD，n＝5）为1.1%～4.0%，各元素的加标回收率在96%～102%，方法适用于高温合金中非金属元素的测定。

高温合金；电感耦合等离子体原子发射光谱法；非金属元素

0 前言

高温合金具有优良的强度、塑性、韧性、耐腐蚀性、可加工性、冶金稳定性及焊接性，在工业中的应用范围日趋扩大，被广泛应用于用于航空航天、船舶、核电及各类军事等领域［1］。镍基高温合金中添加元素的种类和含量异常复杂，除基体元素镍的质量分数在40%～70%左右外，其它各杂质元素含量都进行严格控制，而一个牌号的镍基高温合金中不同元素的含量范围可以差几个数量级，这样也给分析工作带来极大的困难。

电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）具有线性范围宽、检出限低、精密度高、基体效应小、干扰少，可进行多元素同时测定等优点［2］，已成为高温合金检测行业中的基础技术支撑，国内外使用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定高温合金中6～14种杂质元素已有报道［3-7］。

我国于2005年修订了高温合金化学分析方法行业标准“HB 5220—2008”，但检测项目仅包括高温合金中少量元素的化学分析方法，并未涉及到高温合金中非金属元素的ICP-AES法测定［10］。目前，快速测定高温合金中非金属元素成为一个亟待解决的问题。本文通过实验研究，建立了基于国产单道扫描型电感耦合等离子体原子发射光谱仪快速、准确测定高温合金中5种痕量非金属元素的分析方法。

1 实验部分

1.1 主要仪器及工作条件

Plasma 1000型顺序扫描发射光谱仪（钢研纳克公司）。采用Czermy-Turner光学系统：焦矩为1 000mm；光栅刻线3 600条/mm；波长范围为190～500nm；倒线色散率为0.22nm/mm；分辨率为0.006 6nm；入射狭缝为20μm；出射狭缝为20μm；高频电源频率为27.12MHz；入射功率为1.15kW；反射功率为0kW；工作气体为氩气（纯度大于＞99.95%）；冷却气为13.5L/min；载气为0.5L/min；冲洗气为3.5L/min；观察高度为10mm；蠕动泵泵速20r/min。

1.2 主要试剂

As，B，P，Se标准储备溶液（1 000μg/mL，国家钢铁材料测试中心），Si标准储备溶液（500μg/mL，国家钢铁材料测试中心）；使用时根据需要稀释成所需浓度。

盐酸（ρ＝1.18g/mL，北京化学试剂研究所），硝酸（ρ＝1.50g/mL，北京化学试剂研究所），氢氟酸（ρ＝0.888g/mL，北京化学试剂研究所），酒石酸（北京化学试剂研究所），以上试剂均为优级纯。

实验用水为超纯水，电阻率大于18MΩ·cm；氩气（纯度大于99.95%，北京诚维峰气体有限公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 样品的前处理

准确称取高温合金样品0.10g（精确至0.000 1g）置于250mL聚四氟乙烯烧杯中，在150℃下加入15mL HCl和5mL HNO3，待冷却至室温，溶解后缓慢滴加1mL HF，反应完全后，加入5mL酒石酸（400g/L），反应完全后冷却至室温，定容至100mL塑料容量瓶中。随同试样做空白实验。

1.3.2 标准曲线的配制

分别移取10mL（Si取20mL）标准储备溶液（As，B，P，Se，Si）至100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，配制成含有5种元素的100μg/mL的混合溶液A。

移取10mL混合溶液A至100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，配制成含有5种元素的10μg/mL的混合溶液B。

在7个100mL容量瓶中，分别加入上述混合溶液A和混合溶液B，使得7个容量瓶中元素的含量为0，0.05，0.1，0.5，1，3，5μg/mL，加入10mL王水，用水稀释至刻度，摇匀。

2 结果与讨论

2.1 样品称样量的选择

样品的称样量由样品中各元素含量的多少、方法的检出限和仪器的灵敏度综合确定。为保证取样的代表性、均匀性及分析方法的准确性，本次实验中，介于高温合金中非金属元素的质量分数一般在0.1%以下，故样品称样量选择0.1g为最佳。

2.2 元素谱线选择

实验利用谱图比对功能，对5种待测元素的谱峰位置和空白位置进行了详细的谱图比较和确认，依据待测溶液中各元素的含量，选择灵敏度高、谱线背景低、无其它元素严重干扰的谱线作为分析线，如表1所示。

表1 各元素分析谱线Table 1 Analytical lines

2.3 校准曲线和检出限

按照仪器设定的工作条件对标准系列溶液进行测定，以待测元素质量浓度（x）为横坐标，发射强度（y）为纵坐标，绘制校准曲线见表2。实验结果表明，各元素的相关系数均在0.999 9以上。

表2 各元素线性回归方程及相关系数Table 2 Correlation coefficients and linear regression equations

在仪器最佳工作条件下对空白溶液连续测定11次，以3倍标准偏差计算方法中各待测元素检出限，以10倍标准偏差计算方法的测定下限，结果见表3。实验结果表明，各元素的检出限均在12μg/g以下，测定下限在40μg/g以下。

表3 方法检出限和测定下限Table 3 Detection limits and determination limits of the method

2.4 精密度实验

按照实验方法测定某一高温合金标准样品中5种元素的含量，并进行精密度实验，结果见表4。实验结果表明，各非金属元素的精密度在5%以下，满足生产需求。

表4 精密度实验结果（n＝5）Table 4 Precision tests /%

2.5 加标回收实验

按照实验方法测定高温合金标准样品中5种元素的含量，并进行加标回收实验，结果见表5。实验结果表明，5种元素的加标回收率均在97%～102%。

表5 加标回收实验Table 5 Recovery tests /（μg·g-1）

3 结语

采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高温合金标准样品中的As，B，P，Se，Si等5种元素，排除基体干扰后，可一次性完成对5种非金属元素的测定，测定准确度和精密度能完全满足高温合金样品中非金属元素含量测定的技术要求。

［1］王会阳，安云岐，李承宇，等 .镍基高温合金材料的研究进展［J］.材料导报（MaterialsReview），2011，25（18）：482-486.

［2］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（ChineseJournal ofInorganicAnalyticalChemistry），2011，1（4）：15-18.

［3］杨军红，李陀，石新层 .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［J］.中国无机分析化学（ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry），2015，5（2）：47-49.

［4］韦筱香 .镍基高温合金中几种主要杂质元素的ICPAES测定法［J］.化学工程与装备（ChemicalEngineering＆Equipment），2015，29（2）：175-177.

［5］刘少清，吴勇军.用ICP-AES法同时测定GH4049中12种元素的含量［J］.钢铁研究学报（JournalofIron andSteelResearch），2003，15（7）：494-497.

［6］李帆，叶晓英.ICP-MS法测定镍基高温合金中16个元素的方法研究［J］.光谱学与光谱分析（Spectroscopy andSpectralAnalysis），2003，23（6）：1174-1176.

［7］李汉超，李帆.ICP-AES法测定高温合金中的P［J］.材料工程（JournalofMaterialsEngineering），2002，30（12）：96-99.

Determination of Five Nonmetallic Elements in High Temperature Alloy by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy

YANG Qianqian，HE Miao，PENG Xia
（CentralIron＆SteelResearchInstitute，Beijing100081，China）

A method for rapid determination of five nonmetallic elements（As，B，P，Se and Si）in high temperature alloy was studied.The sample was digested by aqua regia，hydrofluoric acid and tartaric acid.The spectral interference from matrix elements and coexist elements were systematic studied and the analytical spectral lines were also selected.Under the optimized experimental conditions，the detection limits for the five nonmetallic elements were in the range of 5.0～12.0μg/mL with RSDs（n＝5）of 1.1%～4.0%.The recoveries were 96%～102%.The proposed method has been proved to be suit for the determination of nonmetallic elements in high temperature alloy.

high temperature alloy；inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy；nonmetallic elements

O657.31；TH744.11

A

2095-1035（2015）04-0053-03

2015-08-06

2015-09-07

国家重大科学仪器设备开发专项基金资助项目，千瓦级微波等离子体炬光谱仪的开发和应用（2013YQ470781）资助

杨倩倩，女，工程师，主要从事金属材料的分析研究和应用。E-mail：yangqianqian＠ncschina.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2015.04.012