电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定硅锆合金中的铝和钙

左 良

(天津华勘商品检验有限公司，天津 300181)

电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定硅锆合金中的铝和钙

左 良

(天津华勘商品检验有限公司，天津 300181)

通过硝酸、氢氟酸和盐酸分解试样，高氯酸冒烟驱走硅和氟，最后用盐酸溶解盐类，选择Al(396.152 nm)、Ca(315.887 nm)作为分析谱线，电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定硅锆合金中的铝和钙。研究了锆离子(0.3 mg/mL)和铁离子(0.2 mg/mL)共存体系中基体效应和光谱干扰对待测元素测定的影响。结果表明，该质量浓度的锆离子和铁离子对待测元素的测定结果不产生影响。铝和钙的质量浓度在10～50 μg/mL,其线性相关系数均不小于0.999，方法中铝和钙的检出限分别为0.009 μg/mL和0.006 μg/mL。按照实验方法测定硅锆合金中的铝和钙，结果的相对标准偏差(RSD,n=10)分别为0.85%和1.4%。方法适用，结果令人满意。

硅锆合金；铝；钙；电感耦合等离子体原子发射光谱法；酸溶法

前言

由于锆的熔、沸点高，密度适中，良好的强度和塑性匹配，热中子吸收界面小，独特的核性能，耐腐性好等特点[1]，锆及其合金在核工业[2-4]，冶金工业[5]，生物医学和新型工业材料[6-7]等领域中有着广泛的应用。硅锆合金是一种新型冶金材料，主要用于钢铁的冶炼。可以提高钢的韧性、强度和耐磨性、改变钢的淬透性、焊接性、加工性能以及耐腐蚀性[8]。因此，硅锆合金各元素的指标分析，具有现实意义。从目前的分析方法来看，尚无报道硅锆合金指标元素的分析方法。本文提出了电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定硅锆合金中的铝、钙，解决了硅锆合金重要指标元素铝和钙的分析方法问题。电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法因其具有分析速度快、线性范围宽、灵敏度高、稳定性好、且同时可以检测多种元素等特点，在现代冶金分析中得到广泛的应用[9-12]。本文采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定硅锆合金中铝和钙的含量，确定了分析谱线，探索了共存体系中离子的光谱干扰和基体干扰，同时在选定条件下进行了精确度和加标回收实验。结果表明，方法适用于硅锆合金样品中铝和钙的测定，结果令人满意。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

Optima-8000DV电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国PE公司)。

硝酸、氢氟酸、盐酸、高氯酸均为优级纯，实验用水为二次去离子水。

Al、Ca、Zr、Fe标准储备溶液(1 mg/mL，钢铁研究总院)；Al、Ca标准工作溶液(100 μg/mL)：由Al、Ca标准储备溶液逐级稀释配制而成。

1.2 仪器条件

在实验过程中，首先要对仪器工作条件进行优化，选择适合的测量条件，仪器的最佳测定条件见表1。

按照分析谱线选择的基本原则：信噪比小、灵敏度高、基体对谱线干扰小或无干扰等因素，对谱线库不同谱线进行筛选，实验中选择待测元素的分析谱线见表2。

1.3 实验方法

1.3.1 样品处理

称取0.1 g(精确至0.000 1 g)样品，置于200 mL聚四氟乙烯烧杯中，用少量水润湿后，加入5 mL硝酸，用塑料刻度管滴加5 mL氢氟酸,待反应平稳后，加入5 mL盐酸，缓慢加热，待试样完全溶解后，加入3 mL高氯酸，低温加热，蒸发冒烟至近干，取下冷却至室温，加入10 mL盐酸，低温加热至溶液完全溶解，取下冷却至室温。将溶液移入100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀待测。

表1 ICP-AES 工作条件

表2 待测元素的分析谱线

1.3.2 标准溶液系列的配制

分别分取Al、Ca标准溶液(100 μg/mL)0.00、10.0、20.0、50.0 mL于四个100 mL容量瓶中，分别加入10 mL盐酸，用水稀释至刻度，摇匀。此系列溶液含Al、Ca分别为0.00、10.0、20.0和50.0 μg/mL。

1.3.3 基体溶液配制

分别分取Zr、Fe标准储备溶液(1 mg/mL)30 mL和20 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mL盐酸，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液含Zr和Fe分别为0.3 mg/mL和0.2 mg/mL。

2 结果与讨论

2.1 光谱干扰和谱线选择

硅锆合金中主要含有Si(约50%)，Zr(约30%)，Fe(约20%)三种元素，用氢氟酸溶解样品，并用高氯酸冒烟驱走硅和氟，所以待测液中硅的含量可以忽略不计。样品待测液中分别含有锆离子约0.3 mg/mL,铁离子约0.2 mg/mL，用含此两种元素的基体溶液做光谱干扰实验。结果表明：0.3 mg/mL的锆离子和0.2 mg/mL的铁离子在元素Al(396.152 nm)和Ca(315.887 nm)分析谱线扫描窗口内均无波峰出现。其信号基线较平直并且与空白溶液几乎完全重合。在谱线库中，以2 nm为基准，并没有找到Al(396.152 nm)和Ca(315.887 nm)附近的锆和铁的干扰谱线，说明锆和铁在Al(396.152 nm)和Ca(315.887 nm)处无光谱干扰，与实验结果相印证。

2.2 基体效应影响

实验表明，在分析谱线扫描窗口内锆离子(0.3 mg/mL)和铁离子(0.2 mg/mL)产生一条与空白溶液基本重合的平直信号基线，表明该浓度的基体离子对分析谱线产生影响微小而无法判断，或者说锆与铁在此浓度的基体效应可以忽略不计，结果见表3。

表3 基体干扰对比

2.3 标准曲线与检出限

在实验选定的条件下，测定标准溶液系列中Al和Ca的发射强度。以Al和Ca的质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制标准曲线，标准曲线的线性范围和相关系数见表4。在同样条件下对标准系列溶液中空白溶液连续测定10次，以3倍标准偏差计算方法中Al和Ca的检出限，结果见表4。在线性范围10.0～50.0 μg/mL内，Al和Ca的线性关系较好。

表4 校准曲线的线性范围、相关系数和检出限

2.4 方法精密度实验

选取一个硅锆合金样品进行10次平行测定，对数据结果进行数理统计，计算出相对标准偏差(RSD)，结果见表5。Al和Ca的相对标准偏差分别为0.85%和1.4%。

2.5 加标回收实验

在一个硅锆合金样品中加入一定量各元素的标准溶液，按照实验方法操作，测定加标回收率，实验结果见表6。结果表明，Al和Ca的加标回收率分别为97.8%和101%，说明此方法可行并且结果准确。

表5 精密度实验结果

表6 回收率实验结果

3 结语

ICP-AES法用于检测硅锆合金中Al和Ca元素含量，通过精密度实验，Al和Ca的RSD(n=10)为0.85%、1.4%，其加标回收率分别为97.8%和101%，从数据上确定了该实验方法的可行性和结果的准确性。此方法操作性强，对硅锆合金的成分起到了监控作用，满足生产检测需求。

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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，工程师，主要从事电感耦合等离子体原子发射光谱的分析研究。E-mail: liang-zl@sohu.com

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2016)04-0052-04