ICP-AES法测定钙铝合金中铁、锌、锰、镧元素含量

赵建峰

（国家镁及镁合金产品质量监督检验中心，河南 鹤壁 458030）

钙铝合金一般为含钙70%~75%，含铝25%~30%，含钙80%~85%和含铝15%~20%和含铝70%~75%含钙25%~30%。钙铝合金广泛应用于铅酸电池正极板栅的生产，同时用于铝、钙复合脱氧以降低钢中氧含量，还可以改善非金属杂质物。

随着钙铝合金应用，钙铝合金需求企业对钙铝要求越来越高，截至目前，还未有钙铝合金杂质元素检测方法。因此，针对钙铝合金合金的广泛应用，需要一种杂质元素的检测方法，确定钙铝合金中元素含量。

电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)是以电感耦合等离子矩为激发光源的光谱分析方法，具有准确度高和精密度高、检出限低、测定快速、线性范围宽、可同时测定多种元素等优点。经查，目前有电感耦合等离子体原子发射光谱法测定镁合金、铝合金中元素含量的方法，标准分别为GB/T13748.20-2009[1]、GB/T20975.20-2008[2]，因此本方法通过电感耦合等离子体原子发射光谱法对钙铝合金中元素含量进行研究。

1 实验部分

1.1 仪器

ICAP6300型ICP-AES(美国Thermofisher公司)。

分析天平：精确至0.0001g，梅特勒-托利多。

移液枪：梅特勒-托利多。

1.2 试剂及标准贮存溶液

盐酸、硝酸、过氧化氢（30%）、碳酸钙基体：优级纯；实验用水：实验室一级用水；

铁、锌、锰、镧元素标准溶液：规格50mL/瓶，浓度1000μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

将1000μg/mL标准溶液进行稀释，得100μg/mL标准溶液。

1.3 样品溶解

（1）当元素的质量分数为0.001%～0.5%时，称取1.0000g（精确至0.0001g）样品于250mL烧杯中，先加入15mL盐酸（1+1），再加入5mL硝酸（1+1）进行完全溶解，放置加热板后加入滴入若干滴过氧化氢，等气泡消完全失后，取下烧杯冷却至室温，定容至100mL容量瓶中。

（2）当元素的质量分数为>0.10% ～0.5%时，称取0.5g（精确至0.0001g）于250mL烧杯中，先加入15mL盐酸（1+1），再加入5mL硝酸（1+1）进行完全溶解，放置加热板后加入滴入若干滴过氧化氢，等气泡消完全失后，取下烧杯冷却至室温，定容至100mL容量瓶中。

（3）当元素的质量分数为>1.0% ～20%时，称取0.25g（精确至0.0001g）于250mL烧杯中，定容至500mL容量瓶中，然后分取5mL，定容至100mL容量瓶中，作为测试溶液。

1.4 工作曲线绘制

（1）当元素的质量分数为0.001%～0.010%时，称取1.0g碳酸钙（1.2），按1.3方式溶解后，转移至6个100mL容量瓶，再分别加入0、0.10mL、0.30mL、0.50mL、0.80mL、1.00mL浓度为100μg/mL标准溶液，以水稀释至刻度，混匀。此系列标准溶液中各含待测元素0、0.1μg/mL、0.3μg/mL、0.5μg/mL、0.8μg/mL、1.0μg/mL。

（2）当元素的质量分数为0.01%～0.1%时，称取1.0g碳酸钙（1.2），按1.3方式溶解后，转移至6个100mL容量瓶，再分别 加 入0、1.00mL、2.00mL、4.00mL、7.00mL、10.00mL浓 度 为100μg/mL标准溶液，以水稀释至刻度，混匀。此系列标准溶液中各含待测元素0、1.0μg/mL、2.0μg/mL、4.0μg/mL、7.0μg/mL、10.0μg/mL。

（3）当元素的质量分数为>0.10% ～0.5%时，称取0.5g碳酸钙（1.2），按1.3方式溶解后，转移至6个100mL容量瓶，再分 别 加 入0、0.50mL、1.00mL、1.50mL、3.50mL、5.00mL浓 度为1000μg/mL待测元素标准溶液（1.2），以水稀释至刻度，混匀。此系列标准溶液中各含待测元素0、5.0μg/mL、10.0μg/mL、15.0μg/mL、35.0μg/mL、50.0μg/mL。

（4）将标准系列溶液在选定好的仪器操作条件下，引入等离子体光谱仪中，测定系列工作曲线的强度，根据光强度和浓度的关系计算机自动绘制工作曲线。当工作曲线的线性相关系数应≥0.9995时，测定试样溶液中待测元素的发射强度，根据工作曲线计算机自动给出试样溶液中待测元素的质量浓度。

表3 精密度试验

2 结果与讨论

2.1 工作条件的选择

一般情况下，增大高频功率使谱线增强，背景也增大；降低功率可获得较大的信背比，但基体影响严重[3，4]。以0.50μg/mL的待测元素溶液为考察对象。通过固定其它条件不变，改变其中一项条件进行试验，分别考察不同的发射功率、蠕动泵泵速、雾化气流量、护套气流量、冷却气流量对铁、锌、锰、镧元素溶液发射强度及稳定性的影响，最终确定仪器最佳的工作参数为：功率1150W、等离子气流量15L/min、雾化气流量0.7L/min、辅助气流量0.5L/min、垂直观测高度15mm。

2.2 分析谱线的选择

选择峰形对称、背景低、光谱干扰相对较小、灵敏度相对较高的谱线，作为分析谱线。实验结果表明，铁、锌、锰、镧元素分别在259.940nm、213.856nm、257.610nm、408.672nm谱线下干扰相对较小、灵敏度相对较高，因此选其作为铁、锌、锰、镧的分析线。

2.3 方法检出限的测定

用电感耦合等离子体发射光谱仪，于推荐的分析谱线处，对含有5mg/mL碳酸钙基体且不含铁、锌、锰、镧元素的空白溶液(即标准空白)进行11次连续测定，计算其信号强度的标准偏差，以3倍标准偏差所对应的浓度作为本方法的检出限，以10倍标准偏差所对应的浓度除以溶液基体浓度作为测定下线，结合试液浓度5mg/mL，计算测定下限(以10倍标准偏差所对应的浓度除以溶液基体浓度)，见表1。

表1 方法检出限

由表1可知，铁、锌、锰、镧测定下限为0.00015%、0.00013、0.00009、0.00096，均低于本方法的测定下限0.001%，能满足检测要求。

2.4 方法准确度试验

为考察方法的准确度，在钙铝合金样品中加入不同量的铁、锌、锰、镧元素，按选定的分析步骤进行加标回收试验，结果见表2。

表2 加标回收试验

由表2可知，铁、锌、锰、镧回收率在96%～105%之间，能满足检测要求。

2.5 方法精密度试验

按照选定的分析步骤，对1个钙铝合金样品中铁、锌、锰、镧四种元素进行11次独立测定，计算平均值、标准偏差和相对标准偏差（RSD），结果见表3。

由表3可知，铁、锌、锰、镧相对标准偏差（RSD）在0.68%～5.36%之间，能满足检测要求。

3 结论

在259.940nm、213.856nm、257.610nm、408.672nm谱 线 下分别测定铁、锌、锰、镧元素含量。结果表明：铁、锌、锰、镧检 测 方 法 的 检 出 限 分 别 为0.0018µg·mL-1、00020µg·mL-1、0.0014µg·mL-1、0.0144µg·mL-1，测 定 下 限 为0.00015%、0.00013%、0.00009%、0.00096%，均低于方法的测定下限0.001%，铁、锌、锰、镧回收率在96%～105%之间铁、锌、锰、镧相对标准偏差（RSD）在0.68%～5.36%之间，均能满足检测要求。