电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定钛合金TC4中Fe、Al、V

卜兆杰　陶泽秀　王新梅　康 强　杨琪琪

(1 兰州兰石检测技术有限公司，兰州 730314；2 甘肃省机械材料表征与安全评价工程实验室，兰州 730314；3 甘肃省高端铸锻件工程技术研究中心，兰州 730314)

前言

钛合金具有强度高，密度小，耐热性及抗蚀性能好等特点，在航空航天工业中获得广泛的应用。TC4钛合金主要合金元素为Fe、Al、V，其含量范围受到严格控制。国家标准中钛合金各元素含量分析主要以湿法化学分析及原子吸收光谱法为主[1-3]。而湿法分析操作过程繁杂，耗时长，分离不易掌握，导致工作效率低。电感耦合等离子体原子发射光谱法有灵敏度高、分析速度快、可同时分析多种元素等优点，现已广泛应用于材料及环境化学分析中[4-8]。本文建立了ICP-AES法测定钛合金TC4中Fe、Al、V元素的方法，比较了不同酸对试样的溶解效率，以纯钛作为基体，选择最佳分析谱线消除元素干扰，精密度及准确度均能满足检测要求。

1　实验部分

1.1　仪器及工作参数

德国斯派克Spectro Blue全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱仪；耐氢氟酸进样系统；氩气纯度>99.99%。

仪器功率1 400 W，冷却气流量12.00 L/min，辅助气流量1.00 L/min，雾化气流量1.00 L/min。

1.2　试剂及标准溶液

硝酸、氢氟酸(分析纯)；纯钛：ωTi>99.99%；Al、V标准储备溶液浓度为1 mg/mL，均购自国家标准物质研究中心；Fe标准溶液浓度为0.1 mg/mL，由Fe标准储备溶液(1 mg/mL，购自国家标准物质研究中心)稀释而成。

实验用水为二次去离子水。

1.3　实验方法

1.3.1样品处理

称取0.10 g(精确至0.000 1 g)样品于聚四氟乙烯烧杯中，加入10 mL硝酸(1+1)及5 mL氢氟酸(1+1)，待试样完全溶解后，转移至100 mL塑料烧瓶中，用二次去离子水稀释至刻度，摇匀待用。

1.3.2混合标准系列溶液

分别称取6份0.100 0 g纯钛，按表1加入各待测元素溶液，加入10 mL硝酸(1+1)及5 mL氢氟酸(1+1)，待试样完全溶解后，转移至100 mL塑料烧瓶中，用二次去离子水稀释至刻度，摇匀待用。

表1　标准溶液中各待测元素的加入量Table 1　Content of analytical elements instandard solution　/mg

1.3.3测定方法

按照选定的仪器工作参数，测定混合标准系列溶液分析谱线的强度。应用仪器软件功能拟合出各待测元素的标准曲线。在相同实验条件下，测得待测样品谱线强度，由工作曲线求出样品中各元素含量。

2　结果与讨论

2.1　样品溶解实验

GB/T4698系列国家标准中钛合金可以用稀硫酸溶解或采用稀盐酸加氢氟酸溶解。而采用稀硫酸溶解试样，反应速度极慢，溶解过程不好控制。并且硫酸黏度较大，会影响提升量和测量精密度，所以一般使用ICP-AES法测定时，应尽量避免硫酸的使用。利用10 mL硝酸(1+1)及5 mL氢氟酸(1+1)溶解钛合金，低温加热2 min即可完全溶解试样，故实验采用硝酸与氢氟酸溶解钛合金。

2.2　分析线的选择

钛合金TC4中Al、V为主量元素。选取待测元素的几条灵敏线进行测定。Al 394.401 nm线没有明显干扰，但是强度值过高；V对铝309.271 nm线存在侧峰干扰，但通过合理扣除背景即可消除干扰，不影响测定结果；元素Fe在238.24 nm线均无明显干扰；V自身谱线292.464 nm线对V 292.402 nm线存在侧峰干扰，但通过合理扣除背景，即可消除干扰，不影响测定结果。实验采用各元素分析线如表2所示。

表2　选用的元素分析线Table 2　Wavelength of analytical elements

2.3　工作曲线

按照仪器的工作条件对混合标准溶液系列进行测定，铁的线性方程为y=136.84X+13.64；铝的线性回归方程为y=6 256.87X+36.52；钒的线性方程为y=13 666.67X+10.65，相关系数均大于0.999。

2.4　方法的精密度

采用本方法对一试样重复测量10次，将分析结果进行统计，相对标准偏差在1.3%以内，方法精密度较好，结果见表3。

表3　方法精密度实验结果Table 3　Result of precision test 　/%

2.5　样品分析结果对比

按测定方法，随机选取3份TC4钛合金，通过湿法化学分析与ICP-AES法比对，结果与化学法基本吻合，满足国家标准GB/T4698系列中海绵钛、钛及钛合金化学分析方法允许差要求，见表4。

表4　分析结果对照Table 4　Comparison of analytical result of sample　/%

2.6　加标回收实验

取5份钛合金标准样品进行加标回收实验，取钛合金标准物质对照实验，实验结果见表5。表5结果表明，样品中铁、铝、钒的加标回收率分别在96.9%～105%，说明方法有较高的准确度。

表5　加标回收实验Table 5　Rate of recovery　/%

3　结语

采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛合金TC4中Fe、Al、V含量。使用硝酸与氢氟酸溶解试样，大幅缩短了溶样时间，选定了各待测元素分析线，优化了仪器的工作参数。精密度实验表明，待测组分的相对标准偏差均低于1.3%(RSD，n=10)，方法能满足国家标准钛合金中的Fe、Al、V含量检测的要求。

[1] 全国有色金属标准化技术委员会(SAC/TC 243).GB/T4698.2—1996 海绵钛、钛及钛合金化学分析方法 碱分离-EDTA络合滴定法测定铝量[S].北京:中国标准出版社,1996.

[2] 全国有色金属标准化技术委员会(SAC/TC 243).GB/T 4698.12—1996海绵钛、钛及钛合金化学分析方法 硫酸亚铁铵滴定法测定钒量[S].北京:中国标准出版社,1996.

[3] 全国有色金属标准化技术委员会(SAC/TC 243).GB/T 4698.2—2011海绵钛、钛及钛合金化学分析方法 铁量的测定[S].北京:中国标准出版社,2011.

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