ICP-AES法测定铝铜中间合金中杂质元素硅和铁的含量

张宇霆，李洪亮，马 华，史健泽，胡淞元

(辽宁忠旺集团有限公司,辽宁 辽阳 111003)

铝及铝合金被广泛应用于不同行业，为了提高铝合金的性能[1]，通常需要加入其他金属元素。铜元素可以改善铝合金的机械性能和切削性[2]，在熔铸过程中，常以铝铜中间合金代替铜单质调节铜元素含量[3]。但是铝铜中间合金的化学成分对铝合金产品质量影响较大，尤其是铝铜中间合金中主要杂质元素硅、铁，需要严格控制其含量。

目前，对于铝中间合金硅、铁元素，常用分光光度法[4,5]进行分析，该方法需单独处理分析每个元素，操作复杂，分析周期长。因此，本文通过电感耦合等离子体发射光谱法[6]分析铝铜中间合金中硅、铁元素，具有前处理简单、分析速度快、准确度高、一次可分析多种元素等特点，适合作为试验室检测分析方法。

1 试验部分

1.1 仪器与工作条件

电感耦合等离子体原子发射光谱仪。功率1.1kW，冷却气18L/min，辅助气0.5L/min，雾化器34PSI，进样蠕动泵转速25r/min。

1.2 主要试剂与原料

试验主要使用试剂包括标准溶液(硅：500μg/mL，铁：1000μg/mL)，优级纯盐酸、优级纯硝酸，氢氧化钠，过氧化氢，高纯铝(≥99.999%)，高纯铜(≥99.999%)，铝合金标准样品。

1.3 试验方法

(1)样品加工方法。铝铜中间合金质脆、易碎，采用车床和铣床加工样品导致样品难以收集，因此选择钻床加工样品，加工样品前，需清理样品表面，去除表面附着的脏物、油脂、氧化皮。

(2)样品溶解方式。①碱溶-酸化：精确称量0.500g试样置于200mL聚四氟乙烯烧杯中，加入少量高纯水，加入4mL氢氧化钠溶液(400g/L)，反应停止后，加入1mL过氧化氢溶液，反应结束后加热至过氧化氢分解完全。加入25mL盐酸(1+1)和25mL硝酸(1+1)，低温加热至完全反应，溶液清澈透明，停止加热，冷却至室温，移入100mL容量瓶中定容备用。分析时移取5mL溶液定容至50mL进行测试。②酸溶：精确称量0.500g试样置于100mL玻璃烧杯中，加入25mL混合酸(盐酸∶硝酸∶水=3∶1∶4)，剧烈反应停止后加热至反应完全，冷却至室温，移入100mL容量瓶中定容备用。分析时移取5mL溶液定容至50mL进行测试。

(3)混合标准溶液配制。分别移取适量标准溶液与基体溶液，配制成含硅、铁元素0.2μg/mL、0.4μg/mL、0.6μg/mL、0.8μg/mL、1.0μg/mL且基体元素浓度与待分析溶液基本一致的混合标准溶液。

2 结果与讨论

2.1 取样位置

沿试样对角线等距离分布的位置钻削取样，数量应不少于4点，结果见表1。可以看出，铝铜中间合金不同部位的检测数值相差较大，因此在取样过程中应钻透整个试样，保证钻取的试样充分混匀，钻取试样的总量需大于4倍取样量。

表1 不同取样深度数据比对Tab.1 Data comparison of different sampling depths

2.2 干扰与元素分析谱线选择

为减少基体干扰与背景干扰，配置标准溶液时应加入适量基体元素与酸，使标准溶液与试样待测溶液的基体环境、酸度相近。为了减少元素间谱线干扰，应优先选择信背比高、干扰元素少的谱线。硅铁常用谱线见表2。可以看出，硅元素在288.158nm谱线处受干扰较多，与铝元素288.145nm谱线波长差为0.013nm，检测铝中间合金时，铝元素对硅元素的影响较大，因此硅元素的分析谱线选择251.611nm，铁元素常用谱线干扰较少，优先选择信背比较大的谱线，因此铁元素的分析谱线选择259.940nm。

表2 常用分析谱线Tab.2 Commonly used analysis lines

2.3 溶样方式

分别按照上述两种溶样方式处理同一试样，结果见表3。可以看出，不同溶样方式对Si元素的影响较大，对Fe元素影响较少，因此采用碱溶-酸化的方式处理样品。基体溶液同样采用该方法配制。

表3 溶解方式对样品的影响Tab.3 Influence of dissolution method on sample

2.4 标准曲线及检出限的确定

(1)标准曲线建立。配制混合标准溶液，按照试验方法建立硅、铁元素的标准曲线，试验结果如图1所示。可以看出，硅元素线性回归方程为y=194107x+28790，线性相关系数为0.99986，分析范围为0.0008%～0.2%；铁元素线性回归方程为y=194107x+28790，线性相关系数为0.99998，分析范围为0.0004%～0.2%。

图1 硅与铁元素标准曲线Fig.1 Standard curve of silicon and iron

(2)检出限。配制空白溶液，按照试验方法计算检出限，硅元素检出限为0.0008%，铁元素检出限为0.0004%。

2.5 精密度和准确度

(1)准确度。采用碱溶-酸化的方式来处理标准样品，按照试验方法检测样品，将检测结果与标准值进行对比，测定试验方法的准确度，结果见表4。可以看出，实测值与标准值的相对误差均小于2.5%，该方法具有较好的准确度。

表4 准确度Tab.4 Accuracy

(2)精密度。分别配制硅、铁浓度均为0.04%、0.12%、0.20%的混合溶液，每个浓度分别测定11次，通过相对标准偏差检验试验方法的精密度，结果见表5。可以看出，各元素不同浓度梯度相对标准偏差均小于2%，该方法具有较好的精密度。

表5 精密度Tab.5 Precision

2.6 加标回收率

在样品中加入一定量被测元素，测定其加标回收率，结果见表6。可以看出，样品加标回收率范围为98%～100%。

表6 加标回收率Tab.6 Standard recovery rate

3 结论

通过碱溶-酸化方式消解样品，采用ICP-AES法测定铝铜中间合金中杂质元素硅、铁的含量。选定最佳的元素分析谱线，在设备最佳测定条件下建立工作曲线，确定曲线的分析范围、检出限、精密度和准确度，测定样品的加标回收率。工作曲线分析范围为硅元素0.0008%～0.2%、铁元素0.0004%～0.2%，曲线的检出限为硅元素0.0008%、铁元素0.0004%，曲线的精密度和准确度较好，样品加标回收率在98%～100%之间，因此该方法适合测定铝铜合金中杂质元素Si、Fe的含量。