电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定TB9钛合金中微量Si

郭莉莉　那 铎

(中国科学院金属研究所，沈阳 110016)

本文引用格式：郭莉莉,那铎. 电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定TB9钛合金中微量Si[J].中国无机分析化学,2018,8(1):50-52.

GUO Lili, NA Duo. Determination of Trace Silicon in TB9 Titanium Alloy by Inductively Coupled Plasma-atomic Emission Spectrometry[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry, 2018,8(1):50-52.

前言

TB9钛合金是一种亚稳β钛合金，名义成分Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr，具有密度低，强度高，耐蚀，冷加工和抗疲劳性能优异等特点，常被用来制造弹簧、石油气管路控制装置和各类紧固件,在汽车工业和航空航天领域中也得到广泛应用[1-3]。杂质元素会降低钛合金的蠕变抗力，降低塑性，使加工性能恶化，因此除了要求对合金元素含量严格控制外，杂质元素含量也要严格控制[4-5]。

电感耦合等离子体光谱分析具有测定灵敏度高，分析速度快，可多元素同时测定，标准曲线动态线性范围宽等优点[6-8]，所以在钛合金材料元素分析中应用广泛，但TB9中杂质元素Si的测定未见报道。本文研究了可用的从Si 185.067 nm到Si 288.158 nm的8条分析线，总结了每条分析线共存元素的光谱干扰情况，在所有分析线都存在不同程度干扰的情况下，确定了干扰最少且干扰较弱的最佳分析谱线[9-14]。采用标准加入法，并以试剂空白中加定量干扰元素为空白溶液的方法来消除干扰，可以准确测定TB9中微量Si。方法检出限0.04 μg/mL。针对实际试样进行了加标回收及精密度实验，加标回收率在100%～105%，相对标准偏差(n=8)小于2.0%。

1　实验方法

1.1　仪器及工作条件

iCAP6300型电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国赛默飞世尔公司)，RF功率1 150 W，辅助气流量0.5 L/min，雾化器气体流量0.70 L/min，驱气气体流量为一般，采用耐HF酸雾化器。元素Si分析谱线为Si 288.158 nm。

1.2　标准溶液及试剂

Al、Cr、V、Zr、Mo、Si标准储备液(1 000 μg/mL，均购自钢铁研究总院)。

Ti标准溶液(10 mg/mL)：由纯度不小于99.99%的金属Ti经氢氟酸、硝酸溶解制得。

硝酸、氢氟酸均为MOS级试剂，实验用水为电阻率18.2 MΩ·cm的超纯水。

1.3　实验方法

1.3.1试样处理及标准加入曲线溶液的配制

准确称取五份TB9钛合金试样0.100 0 g于50 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入10 mL超纯水，2 mL氢氟酸，1 mL硝酸，室温下缓慢溶解。经测量，在此条件下试样反应放热温度为40 ℃左右，远低于SiF4挥发温度。试样溶解完全后，移入50 mL塑料容量瓶中，在其中三份溶液中分别加入0.2、0.4 、0.6 mL Si标准溶液，定容，摇匀。再另取一个50 mL塑料容量瓶，加入与溶解试样同样的试剂，再加入8 mL V标准溶液，定容，摇匀。

1.3.2测定

按选定的仪器工作参数，以试剂加入V(0.16 mg/mL)为空白，按标准加入法依次测定上述溶液,绘制出标准加入曲线。根据标准加入曲线直接测定出试样中Si的含量。

2　结果与讨论

2.1　共存元素的干扰及分析线的选择

由于光谱仪工作的波长范围内约有数十万条光谱线，经常会出现不同程度的谱线重叠干扰,单根据一幅样品溶液的谱图无法得知峰谱下光谱背景的真实情况[6]。因此将仪器可用的 Si较灵敏的8条分析线逐一分析，用Ti(1.5 mg/mL)基体及共存元素Al(0.08 mg/mL)、Cr(0.12 mg/mL)、V(0.16 mg/mL)、Mo(0.08 mg/mL)、Zr(0.08 mg/mL)的单标溶液对这8条分析线逐一扫描，得到基体及共存元素对Si的光谱干扰情况: Si 185.067 nm处有Ti、Mo、V的干扰，均较弱，但Ti作为基体元素在所选定的实验条件下可产生Si量约0.01%；Si 198.898 nm处有Mo和V的干扰，且Mo的干扰很强；Si 212.412 nm处有Mo、Cr、V的干扰，其中Mo的干扰很强，Cr、V干扰较弱；Si 221.667 nm处有Cr、Al、Mo的干扰；Si 250.690 nm处有Mo、Ti、V、Cr四种元素的干扰；Si 251.6 11 nm处有Mo、Ti的干扰，Mo干扰强，Ti干扰弱；Si 252.851 nm处有V和Zr的干扰，V的干扰非常强，Zr的干扰很弱；Si 288.158 nm在Si的光谱峰位置处只有V的光谱重叠干扰，且较弱，如图1所示。综上，只有Si 288.158 nm处基体干扰单一且较弱，所以实验选用Si 288.158 nm线为最佳分析谱线。

图1　Si 288.158 nm处光谱图Figure 1　Spectra profile under Si 288.158 nm.

2.2　光谱干扰的校正

TB9合金是成熟钛合金，其合金成分固定，所以对于V光谱干扰的校正，采用在试剂空白中加入定量V来扣除试样中V的干扰。TB9合金中V含量8%，虽然含量较高，但在Si 288.158 nm分析线处产生的光谱叠加干扰较弱，在实验条件下，V(0.16 mg/mL)在Si 288.158 nm线产生的Si量为0.016%。采用标准加入法，标准加标系列同时扣除试剂空白值和V产生的光谱叠加增量，可以准确校正试样基体光谱干扰。

2.3　分析方法的选择

TB9钛合金中合金元素多，基体较复杂，为更好地抑制基体影响，且减少配制打底溶液过程中带入的待测杂质量，实验选用在样品中直接加标的标准加入法来测定；而且对低含量的样品，使用标准加入法可以改善测定的准确度。

2.4　标准加入曲线相关系数及方法检出限

在选定的仪器工作条件下，对系列样品中梯度加标的溶液进行测定，并扣除加入V(0.16 mg/mL)的试剂空白值，得到标准加入曲线的线性相关系数为0.999 9，能够满足定量分析的要求。

按TB9合金成分配制不含Si的基体溶液，以Si 288.158 nm为分析线，对此基体溶液重复测定11次，取其3倍标准偏差对应的浓度值作为方法的检出限，得出该方法的检出限为0.04 μg/mL。

2.5　准确度和精密度实验

按所确定的仪器工作参数和实验方法，针对两组TB9样品做加标回收和精密度实验(n=8)，结果如表1所示。从准确度和精密度的结果可以看出，用所研究的ICP-AES法测定TB9钛合金中的微量Si可以得到满意的准确度和精密度结果。

表1　加标回收和精密度实验结果

3　结论

逐一分析TB9合金元素对微量Si的光谱干扰并详细列出，确定了干扰最少且干扰较弱的最佳分析线Si 288.158 nm。采用在试剂空白溶液中加入定量V的标准加入法扣除基体干扰，可以实现TB9钛合金中杂质Si的准确快速的测定。列出的Ti、V、Mo、Al、Zr、Cr对Si的光谱干扰情况对其它合金中微量Si的分析同样有参考价值。

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