电感耦合等离子体原子发射光谱法分析铝及铝合金的新旧标准比较

陆科呈 卢贤业 兰标景 彭斐 姚凤 覃金珠 兰冬柳

（广西南南铝加工有限公司/广西铝合金材料与加工重点实验室 广西 南宁 530031）

1 前言

化学成分是决定铝合金组织和性能的关键因素[1-4]，光电直读发射光谱法和电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）是测定铝及铝合金最常用的检测方法[5-8]。ICP-AES因具有检出限低、重复性好、线性范围广、多元素同时分析等优点被广泛应用[9-11]，并常作为仲裁分析方法。

GB/T 20975.25是“铝及铝合金化学分析方法”的第25部分，GB/T 20975.25-2020[12]于2021年4月1日起正式实施，替代GB/T 20975.25-2008[13]。本文从范围、方法提要、试剂、仪器、分析步骤、试验数据处理、精密度等方面，对2版标准进行差异分析，以期为相关人员提供参考。

2 新旧标准内容差异

2.1 范围

在检测元素种类方面，2020版在2008版的22个元素基础上增加了15个，分别为Ag、Li、Ba、Co、Er、Hf、K、Na、Mo、Nd、P、Sc、W、Y、Yb，其中碱金属元素3个，稀土元素5个，可检测元素总数达到37个。同时，2020版修订了18个元素的检测范围，详见表1。其中，Si的检测下限从2008版的0.50%降低至0.010%，比较符合实际情况，其他元素主要扩展了检测上限，符合2219、7050、7055等高含量铝合金[14]及铝-锆、铝-钛、铝-钒、铝-锶等铝中间合金[15]的检测需要。

表1 GB/T 20975.25-2020和GB/T 20975.25-2008检测范围差异表

2.2 方法提要

2020版将2008版的方法Ⅰ和方法Ⅱ互换顺序，方法Ⅲ名称增加了“过氧化氢”字眼（本质不变），即新方法Ⅰ为“盐酸和过氧化氢分解试样”，新方法Ⅱ为“盐酸和硝酸混合酸分解试样”，新方法Ⅲ为“氢氧化钠溶液和过氧化氢分解试样”，并增加溶样方法Ⅳ为“盐酸和硝酸混合酸、氢氟酸分解试样”。

2.3 试剂

对于分析使用试剂和水，2020版提出明确要求，即“除非另有说明，在分析中仅使用确认为分析纯的试剂和实验室二级水”。其中，盐酸、硝酸、氢氟酸和高氯酸已特别说明为优级纯；高氯酸为新增试剂，当Si含量＞0.5%、使用方法Ⅰ方法Ⅱ溶解试样、有不溶性残渣时可以使用；硫酸（1+4）已被删除。对于标准贮存溶液，2020版要求优先使用有证国家标准溶液进行配制。对于铝基体溶液的制备过程，2008版要求高纯铝需先经过酸洗再进行溶解，2020版已将此要求删除。

2.4 仪器

2020版对电感耦合等离子体原子发射光谱仪的性能提出要求，具体内容见标准的第6部分。

2.5 分析步骤

2020版更新了试样称重质量及定容体积，明确了稀释时分取体积和测试体积的要求，具体内容见标准中的表2和表3。其中，表3适用于氢氧化钠和过氧化氢分解试样，表2适用于其他溶样方法。

对于分析试液的制备，每个溶样方法除增加元素外，2008版的3个溶样方法均可用于检测Zr元素，2020版仅有方法Ⅲ和方法Ⅳ可用于检测Zr元素，2008版的盐酸和过氧化氢分解试样及盐酸和硝酸混合酸分解试样已不适用于Zr元素。2008版的方法Ⅲ不能用于检测B元素，而2020版适用。

各元素适用的溶样方法见表2，在推荐的元素谱线方面，除新增元素外，原有元素的谱线无变化。值得探讨的是，Ag+会跟Cl-发生反应生成AgCl沉淀，但是其溶解方法需使用含有大量Cl-的盐酸，会在一定程度上影响检测结果，甚至可能由于沉淀过多，导致无法上机检测。

表2 GB/T 20975.25-2020各元素溶样方法

2.6 试验数据处理

对于元素质量分数的计算公式，2008版给出的是稀释系数R，2020版则将测试体积V3和分取体积V2带入公式中，并新增说明“质量分数也可由计算机自动给出”。

2020版增加了有效位数的保留规则，具体内容见标准的第9章。

2.7 精密度

2020版对重复性限r和再现性限R增加了15.00%、20.00%和25.00%这3个节点，对于不在节点的数值的精密度，除可采用线性内插法外，也可采用外延法求得，与2008版相比，要求更为宽松，具体差异见表3。

表3 GB/T 20975.25-2020版和GB/T 20975.25-2008版精密度要求的差异

2.8 其他

2020版删除了“质量保证与控制”，增加了“警示”及“试验报告”。

3 讨论

2020版对铝及铝合金中元素的测定作出详细规定，但也存在一些有待完善的内容。

2020版明确了需要稀释时的分取体积和定容体积，但没有对稀释所使用的介质进行规定。在稀释前，待测溶液内存在较多的铝和酸，其介质和标准溶液接近，稀释后应保持铝和酸介质不变，以尽可能减少介质差异带来的检测误差。

GB/T 20975.25列出了各元素的分析谱线（波长），但标准中未提到在检测低含量元素时，是否会出现高含量元素对低含量元素光谱干扰和背景干扰的情况，检测人员需根据经验选择分析谱线，以避开干扰。例如，测试AlMn10中的Fe含量时，应选择Fe（239.562 nm）作为其分析谱线，避免选择与Mn（259.373 nm）临近的Fe（259.940 nm）。

在相同浓度的情况下，电感耦合等离子体原子发射光谱仪对不同元素会有不同的响应值，在相同含量范围内，所有元素都采用相同的精密度（重复性限、再现性限），未体现出不同元素可能存在的差异。同时，标准中规定重复性限r、再现性限R可采用线性内插法或外延法求得，但未提供线性内插法或外延法的计算公式，不同检测人员在使用时可能会存在不同的理解，出现计算差异。

在溶解试样时，应随同试样溶解相同合金牌号（或成分相对接近）的一个或多个标准样品。在绘制校准曲线后，将其作为控制样品校正系统误差，有助于得到更加准确的分析结果，而标准中并未提及。

4 结论

本文分析了GB/T 20975.25 2020版和2008版在含量范围、溶样方法、精密度方面的差异，并探讨了标准还需要完善的内容。2020版可检测的元素为37个，较2008版增加了15个，并拓展了测量范围，可以更好地适应高含量铝合金尤其是铝中间合金的检测需求；2020版增加了一种溶样方法，且定容体积有变化；在精密度方面，2020版较2008版有所放宽；在推荐的元素谱线方面，除新增元素外，原有元素的谱线无变化。