电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定铸造铝ADC12中硅

钟国生

(佛山市质量计量监督检测中心，广东 佛山 528000)

电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定铸造铝ADC12中硅

钟国生

(佛山市质量计量监督检测中心，广东 佛山 528000)

在微波消解仪中以氢氧化钠溶解试样，然后滴加过氧化氢，使得铸造铝ADC12中的硅完全溶解，并采用电感耦合等离子体原子发射光谱( ICP-AES)法测定，硅的质量百分数平均值为10.31 %的情况下，标准偏差0.09%，相对标准偏差(RSD)为0.83%。对比了国家标准方法中加热板消解法与微波消解法对硅加标回收率的影响，加热板消解法的加标回收率低于微波消解法，微波消解法辅助前处理样品，促使样品在短时间内反应完全，实验步骤简便，结果满意。

ADC12；硅含量；微波消解；ICP-AES

前言

ADC12是一种压铸铝合金，对应日本的“JIS H5302铝合金压铸件”中的Al-Si-Cu系合金。具有切削性能、机械性能、铸造性能好等特点。广泛应用于变速箱、气缸、发电机壳体、发动机连杆、相机外壳等汽车、机械工业零部件中。ADC12合金牌号中硅含量要求为：9.6%～12.0%，硅主要作用是改善压铸铝合金的流动性，硅晶粒的化学稳定性好且具有较高的硬度(HV8700～10500 MPa)，故随着铝硅合金中硅含量的增加，能够提高合金的抗拉强度及硬度，硅含量一般在5%～13%，有着优异的铸造性能[1]。但在Al-Si合金生产过程中，合金易产生Si偏析，严重时会影响铝合金的使用性能[2]。采用“GB/T20975. 5”重量法测定则需将样品进行熔融处理，分析速度慢。李映明等[3]以氢氧化钠溶解,过氧化氢氧化和硝酸酸化作为溶样手段, 使硅全部转化为正硅酸盐进行测定。李颖等[4]则建立了X射线荧光光谱法测定锌铝铜合金ZnAl6Cu1中铝、铜、铁、硅、镍、铅和镉的分析方法。电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法[5]测定高硅含量变形铝及铝合金中的硅，相比较“GB/T20975.5”重量法，简便快速。通过“GB/T17432”国家标准试样制取方法，即使有偏析的产品，样品也能保证较好的均匀性[6]。本文以铸造铝合金ADC12为例，对铝合金中高含量硅测定时样品消解困难的问题, 比较不同的消解方法，实验表明采用微波消解, 使得样品处理变得快速，可靠。

1 实验部分

1 .1 仪器及工作条件

715 ICP-AES等离子体原子发射光谱仪(安捷伦科技有限公司)，功率：1 200 W；冷却气(Ar)流量：15.0 L/min；辅助气(Ar)流量：1.5 L/min；载气(Ar)流量：0.55 L/min；观察高度：感应线圈上方10 mm；分析谱线：Si 251.611 nm。

MARS5微波消解仪(美国CEM仪器公司)，微波功率设定800 W，10 min升温到160 ℃，保温10 min。

1 .2 试剂及标准溶液

硅(Si)标准储备溶液(1 000 μg/mL，购自钢研纳克有限公司)，氢氧化钠(100 g/L)、过氧化氢(30%)、硝酸(1+1)均由分析纯试剂配制。纯铝标准物质(ωAl>99.99%)。铸造铝标准物质来源及硅含量如表1所示。

表1 铸造铝标准物质

1 .3 实验方法

称取0.10 g(精确至0.000 1 g)试样，各样品经消解后，用ICP-AES法测定硅含量。

1.3.1 加热板消解法

将试料置于100 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入15 mL NaOH(100 g/L)，低温加热至试料基本溶解，稍冷，加入20 mL盐酸和5 mL硝酸，再低温加热至试料完全溶解，冷却定容至100 mL待测。

1.3.2 微波消解法

将试料置于微波消解内罐中，加入约7 mL NaOH(100 g/L)稍待反应后，盖上罐盖，置于微波消解仪中。在最佳微波消解程序下升温至160 ℃后，保持10 min，冷却后取出，逐滴加入1 mL H2O2(30%)，剧烈反应后，以水冲洗至烧杯中，加入20 mL硝酸(1+1)，加热至溶液澄清，冷却定容至100 mL，摇匀待测。

2 结果与讨论

2.1 标准曲线绘制

采用铸造铝标准物质，用超纯水配制成多种不同浓度的硅标准溶液，由ICP-AES法自动绘制标准工作曲线，设定最大误差为5%。选取5点标准曲线进行实验。并绘制工作曲线，线性相关系数r=0.999 5。

2.2 不同消解方法加标回收率对比

分别称取0.10 g纯铝标准物质，用硅标准溶液，配制加标量为50 μg/mL的试样，采用加热板消解法和微波消解法，对样品进行消解后。用ICP-AES法对其中的硅含量进行测定，并计算各自的加标回收率(3次测得元素浓度平均值/元素标准浓度×100%)，加热板消解法的加标回收率低于微波消解法。结果如表2。

表2 不同消解方法所测得的加标回收率

2.3 方法的准确度与精密度

为验证方法的准确度，采用“HB6731.12”标准方法中加热板消解法与微波消解法结果进行对比，如表3所示，采用微波消解法可以满足检验测试的要求。

表3 测定结果对照

采用微波消解法，经5次平行试验，在硅含量平均值为10.31 %的情况下，标准偏差为0.09%，相对标准偏差(RSD)为0.83 %，方法符合分析要求。

3 结论

铸造铝合金中以牌ADC12为代表等含硅高的样品除能溶于氢氟酸外，不能完全溶解于其它酸。本文以NaOH溶解试样，通过加热板消解法与微波消解法测定结果比较，实验表明，微波消解法辅助前处理样品，能促使样品在短时间内反应完全，实验步骤简便，结果满意。

[1] 梁涛.压铸铝合金中合金元素的作用及应用[J].硅谷(SiliconValley), 2012(2):150.

[2] 袁崇胜,杨钢,刘惠军,等.降低Al-Si-Mg铸造铝合金Si偏析的措施[J].有色金属(冶炼部分)[NonferrousMetals(ExtractiveMetallurgy)],2006(2):45.

[3] 李映明,陈志涛,陈蓉玉.进出口铝及铝合金中Fe、Cu、Si、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti、Ga等元素的测定[J].光谱实验室(ChineseJournalofSpectroscopyLaboratory),1997,14(2):33.

[4] 李颖,冯秀梅,陆筱彬,等.X-射线荧光光谱法测定锌铝铜合金中的铝、铜、铁、硅、镍、铅和镉[J].中国无机分析化学(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry), 2015,5(4):69-73.

[5] 全国有色金属标准化技术委员会.GB/T17432—2013变形铝及铝合金化学成分分析取样方法[S].北京:中国标准出版社,2013.

[6] 陈蓉,张宏凯.电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定铬矿砂及再生铬矿砂中二氧化硅[J].中国无机分析化学(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry), 2015,5(4):44-47.

Determination of Silicon in Die Casting Aluminum Alloy (ADC12) by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

ZHONG Guosheng

(FoshanSupervisionTestingCentreofQualityandMetrology,Foshan,Guangdong528000)

In this paper, the die casting aluminum alloy sample (ADC12) was digested completely with sodium hydroxide by a microwave digestion instrument.The silicon content was determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). The standard deviation was 0.09% when the average value of Si content was 10.31% and the relative standard deviation (RSD) was 0.83%. Compared to the electric hot plate digestion method described in the national standard, the microwave digestion method had higher Si recovery rate. Using microwave digestion method for sample pretreatment, samples can react thoroughly within a short time, and experimental procedure is simple and results are satisfactory.

ADC12; silicon; microwave digestion; ICP-AES

10.3969/j.issn.2095-1035.2017.01.016

2016-06-12

2016-11-01

钟国生，男，助理工程师，主要从事金属材料化学分析研究。E-mail:87030518@qq.com

钟国生.电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定铸造铝ADC12中硅[J].中国无机分析化学,2017,7(1):63-65. ZHONG Guosheng.Determination of Silicon in Die Casting Aluminum Alloy (ADC12) by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry,2017,7(1):63-65.

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2017)01-0063-03