对平面光栅摄谱仪测定钨制品中微量锆研究

王家榕

摘 要：钨制品是生产各类产品所需的基本原料，其种类有许多种，通过在生产中添加钨有助于提高制品的性能。经过相关研究发现，在钨制品中添加适量的锆能够引起6%的相变体积变化。由此可见，微量锆对钨制品的质量有较大的影响。本篇文章基于此，探讨采用平面光栅摄谱仪测定钨制品中的微量锆，首先简要分析测定钨制品中微量锆的意义，然后提出试验准备，最后分析测定结果。希望本文的研究能够为读者提供有益参考。

关键词：钨制品;微量高;平面光栅摄谱仪

前言：平面光栅摄谱仪是利用平面光栅作为色散元件的摄谱仪，相比起棱镜摄谱仪，前者的分辨能力更高，确保观测过程保持均匀色散，通过光栅闪耀，可以将辐射集中在某一光谱区内，正是这一优势在测定领域得到广泛应用。

1测定钨制品中微量锆的意义

将钨制品（钨粉末、钨酸盐类）掺入产品生产中，能够提高该产品的熔点、密度和硬度，从而呈现较好的抗中子辐射能力，具有极强的耐腐蚀性。正是这一特性，使得钨制品广泛应用于航空航天、原子能等高精尖领域。根据相关研究发现，在钨制品中掺入二氧化锆，因相变造成体积变化为6%左右，继而让钨制品呈现裂纹、空隙，严重影响产品的加工性能和质量。当前针对钨制品中微量锆的测定方法，主要为二甲酚橙分光光度法，这一测定方法流程过于繁琐冗长，并且要求试验人员掌握一定的操作技能。为了解决测定效率，要求人们找寻更高效率的方法。

摄谱法是广泛应用于合金、机械、化工领域的检测方式，优点是操作简便、分析效率高，因此采用平面光栅摄谱仪测定钨制品的微量锆，为测定钨制品中微量锆提供更高效率的方法[1]。

2试验操作

2.1试验仪器、试剂准备

本次试验所采用的平面光栅摄谱仪型号为WPP-2，上、下电极分别是锥形和杯形（3.5mm×8mm），投影仪与微光测度计分别为8W、9W，采用紫外Ⅱ型感光板。

缓冲液由氧化镓、碳酸锂、碳粉按照相应比例调配而成。显影液按照52g的无水亚硫酸钠、2g的米吐尔加水溶解，获取1L的液体，此为A液;将40g的无水碳酸钠、2g的溴化钾，采用A液的制作方式和配置剂量，获得B液;最后将A、B液以相同体积混匀。定影液，一共制取1L的计量，硫酸钠、无水亚硫酸钠、冰乙酸、硼酸、钾明矾分别取250g、15g、15ml、7.5g、15g，将以上材料倒入1L的水内稀释，摇匀后使用。

采用三氧化钨作为测试样品的基本基体，滴加100mg？L-1二氧化锆溶液混匀，从而得到相应的锆质量分数。在将此溶液烘干，放入马弗炉灼烧加热，温度达到750℃，保持1h的操作实践。上述环节完成后，在将三氧化钨倒入玛瑙钵研磨，最后填入试剂瓶封存。

2.2测定仪器的运行条件

首先是平面光栅摄谱仪，将锆分析线设置为327.3nm，采用三透镜照明系统，保留6μm的，中间光栏设置为3.2mm。采用阳极作为激发光源，高频引弧、直流电弧作为主要工作光源。设备的开路电压设置为350V，保持3mm的极距。曝光时间应保持7s的预燃时间，起弧电流为6A，当提升至13.5A的起弧电流后，曝光时间要提升至12s。为了保证良好的显影效果，要求A、B液的工作温度保持在18～25℃之間，显影时间3～6min，停影1min。当定影操作至干板透明后，再利用30min进行水洗，最后晾干。测微光度计的试验条件，要求狭缝和高度分别为20mm×0.01mm、12mm×2mm[2]。

2.3试验操作

将钨粉、APT等原料倒入马弗炉，设置250～750℃的灼烧温度，最终形成三氧化钨。再将其倒入玛瑙钵研磨，要求达到相近品粒级，以2：1的比例将三氧化钨和缓冲剂混匀。将得到的样品装入炭电极小孔激发，按照同样条件，将锆试样也装入三氧化钨的样品中，然后滴加适量乙醇，以80℃的温度进行烘干。最后按照上述光栅平面摄谱仪的运行条件，进行摄谱、显影等操作，以此得到测量数据。

3微量锆测定结果分析

3.1样品预处理以及摄谱条件选择

为了保证样品转化效果，由低温向高温进行处理，以此避免直接高温处理造成APT中的氨挥发，由此尽可能降低样品的逸出速率。同时要关注样品的品粒级，若是粒径明显偏大，那么在摄谱操作时样品容易溅出，显影有许多杂线。

摄谱条件选择，需要注意试验过程的电流大小，偏大或偏小都影响样品中微量锆的激发。因此要确保曝光电流维持在13.5A的条件，同时保证锆分析线高强度、高灵敏度。

3.2分析线选择以及工作曲线分析

通过选取的3条分析线339.19nm、327.3nm、235.74nm，前两条分析线的灵敏度为0.001%，第三条分析线灵敏度为0.1%，综合分析三条分析线都没有发现明显干扰现象，综合各种试验条件考虑，最终选出327.3nm的分析线。

按照上述条件对钨样品进行测定，其线性范围在5～1000ug？g-1之间变化。

3.3试验方法精密度分析

按照设定的试验方法，针对钨样品进行10次平行测定，RSD偏差平均小于6%，所采用的钨制品有钨粉、APT、钨条、钨酸，因种类不同RSD偏差也不同，偏差最小的钨样品种类为钨酸，RSD偏差为0.59%;RSD偏差最高样品种类为APT，达到5.2%。

在样品回收试验中，采用平面光栅摄谱仪进行测定，与二甲酚橙光度法的测定结果一致，在回收率方面有突出的表现，达到95%以上。

结论：综合上述，采用光栅平面摄谱仪测定钨制品中的微量锆，其测定结果与传统方法保持一致，经过10次的平行测定，RSD偏差平均小于6%。同时这种测定方法的成本较小、效率更高，有较大的应用价值。

参考文献：

[1]郑艳秋. ICP-MS、石墨炉原子吸收和摄谱仪测定金元素含量的对比研究[D].吉林大学，2017.

[2]罗六保，张冬梅.平面光栅摄谱仪测定钨制品中微量锆[J].理化检验（化学分册），2017，53（08）：965-967.