电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定钒铝、铬铝中间合金中铁和硅

刘雷雷　朱 丽　周 凯　孙宝莲

(西北有色金属研究院，西安 710016)

本文引用格式：刘雷雷,朱丽,周凯,等. 电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定钒铝、铬铝中间合金中铁和硅[J].中国无机分析化学,2018,8(1):41-44.

LIU Leilei, ZHU Li, ZHOU Kai,et al. Determination of Iron and Silicon in Vanadium Aluminium and Chromium Aluminium Alloys by the Inductively Coupled Plasma-atomic Emission Spectrometry[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry, 2018,8(1):41-44.

前言

钛合金在航空、航天、医疗等多个领域广泛应用[1]，钛合金熔炼时，使用纯金属直接添加往往因为熔点差异大，使得合金均匀化困难，此时引入中间合金解决该问题。而钒铝中间合金、铬铝合金作为钛合金生产的专用中间合金，因成本低、合金化均匀，目前已经广泛应用[2]。铁、硅作为钒铝、铬铝中间合金中的微量杂质元素，是影响产品质量的重要指标[3]，会影响后续钛合金的物理拉伸和疲劳等性能。

电感耦合等离子体原子发射光谱法具有灵敏度高、精密度好、多元素同时分析、分析效率高等优点[4-6]，可以解决以往采用分光光度法[7-8]测定钒铝、铬铝中间合金中铁、硅含量时需要分开测定、分析周期长的问题，为大规模快速生产提供保证。

1　实验部分

1.1　主要仪器和工作条件

iCAP7000型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪(美国赛默飞世尔公司)。

ICP-AES工作条件：RF功率为1 150 W；雾化气流量为0.7 L/min；辅助气流量为0.5 L/min；泵速为50 r/min；积分时间为30 s；垂直观测高度为15 mm。

1.2　试剂

铁、硅标准储备溶液(1 000 μg/mL，国家钢铁材料测试中心，钢铁研究总院)：用时稀释成100 μg/mL的标准溶液。

盐酸(优级纯)；硝酸(优级纯)。

实验室用水为二级水。

1.3　实验方法

1.3.1样品制备与测定

称取0.1 g试样(精确至0.0001 g)，置于100 mL玻璃烧杯中，加入5.0 mL水、3.0 mL盐酸和3.0 mL硝酸混匀，盖上表面皿，电炉加热溶解至样品溶解完全。取下冷却，用水吹洗表面皿及杯壁，用水定容于100 mL容量瓶中，混匀。随同试样做空白实验。

1.3.2标准系列溶液的配制

移取0、0.10、0.50、1.00、3.00、5.00 mL铁、硅标准溶液于一组100 mL容量瓶中，分别加入3.0 mL盐酸和3.0 mL硝酸，用水稀释至刻度，混匀，此时一系列标准溶液浓度分别是0、0.10、0.50、1.00、3.00、5.00 μg/mL。

1.3.3测定

将标准系列溶液和待测样品溶液引入ICP-AES仪进行测定。

2　结果与讨论

2.1　溶样试剂的选择

根据中间合金易溶解的性质，日常分析中，大多采用酸溶方式溶解试样。酸溶法操作简便，实验发现盐酸+硝酸或者硫酸+硝酸均可溶解样品，考虑到硫酸对ICP-AES仪进液提升量的影响，而优级纯的盐酸、硝酸易获得，不易污染，空白较低，因此选择盐酸+硝酸进行溶样。在5个100 mL玻璃容量瓶中加入1.0 mL Fe、Si标准溶液(100 μg/mL)，后按表1加入不同体积的盐硝混酸(VHCl∶VHNO3=1∶1)，测定在不同酸浓度时的Fe、Si强度值，以回收率表示(以不加酸时强度为100 %计)。表1结果表明：浓度(V/V)为10%以内的盐硝混酸(1∶1)对铁、硅的测定无影响。

表1　混合酸用量对测定的影响

2.2　波长与检出限的确定

选择谱线应尽量保证几个条件：没有光谱干扰或者光谱干扰小；灵敏度足够高。通过多条谱图对比发现Fe 259.940 nm、Si 185.067 nm两条谱线符合要求，因此选择其为测定谱线，并在(Fe 259.906 nm，Fe 259.976 nm)、(Si 185.043 nm，Si 185.093 nm)处扣除背景。统计试剂空白11次测定的标准偏差，以3倍空白标准偏差所对应的浓度作为检出限，硅为0.05 μg/mL，铁为0.005 μg/mL。

2.3　基体干扰

考察钒铝、铬铝中间合金样品元素组成，大量产品表明不同牌号的钒铝中间合金中钒含量最大约85%、铝约50%；铬铝中间合金则是铬含量最大约75%、铝约30%。在铁、硅浓度为0.1 μg/mL和5.0 μg/mL 时，分别测定含有基体(加入最大含量金属钒0.085 g和铝0.05 g；加入最大含量金属铬0.075 g和铝0.03 g)和不含基体的强度值，结果以回收率表示，其中以不加基体时强度值为100%计。结果如表2，基体对铁、硅的强度值影响较小，可视为不干扰测定。

表2　基体对测定铁、硅元素的影响

2.4　准确度及精密度实验

对搜集的5个不同含铁、硅量的中间合金样品，采用拟定的分析方法独立地进行11次铁、硅量的测定，并进行加标回收实验，同时与分光光度法测定结果进行对照，结果见表3、表4。

由表3和表4可知，样品测定结果的相对标准偏差在0.83%～12.8%，精密度高。加标回收率为96.0%～104%，且与分光光度法测定结果一致。

表3　中间合金样品中铁分析结果

表4　中间合金样品中硅分析结果

3　结语

采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钒铝、铬铝中间合金中铁、硅量，方法准确度与精密度均能够达到分析的要求。该方法适用于钒铝、铬铝中间合金中铁、硅量的测定，测定范围0.01%～0.50%，方法的建立能进一步满足分析测试日益高速、准确的要求，并为后续相似性质中间合金测定及其它杂质测定提供一定参考。

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