ICP－OES法测定Mg－RE合金系中Gd、Y、Zr、Ag

邹 龙，刘荣丽

（湖南稀土金属材料研究院，湖南长沙 410126）

ICP－OES法测定Mg－RE合金系中Gd、Y、Zr、Ag

邹 龙，刘荣丽

（湖南稀土金属材料研究院，湖南长沙 410126）

采用ICP－OES法测定了Mg－RE合金系中Gd、Y、Zr、Ag，进行了酸度试验、干扰试验和加标回收及精密度试验确定最佳测定条件。方法简便可靠，满足当前科研生产的需要。

ICP－OES；稀土镁合金；Gd；Y；Zr；Ag

近年来，基于国防等工业对装备轻量化的迫切需求，人们对于开发高性能镁合金的兴趣日益浓厚。而稀土（Rare Earth，简称RE）元素具有固溶强化和沉淀强化作用，可以改善镁合金的高温拉伸和蠕变性能，同时有利于提高耐蚀性［1］，Mg－RE合金系的研究已成为一大热点。在Mg－RE合金基础上加入Zr、Ag等微量元素开发出的一系列新型高性能镁合金，已被广泛地应用于国防、航空航天产品坦克和装甲车部分结构件、导弹壳体和尾翼等方面。如由Mg－Zn－RE－Zr合金ZE41制成的镁合金齿轮箱就已成功地装备到法国塞德航空公司（Sud－Aviation）超级弗雷隆（Frelon）直升机上。

现行国家标准GB／T13748－2005镁及镁合金成分分析方法［2］所包括的19种方法中，主要采用重量法、滴定法、光度法及原子吸收光谱法等，传统的这些分析方法由于存在分析周期冗长、分析过程复杂、分析精度差、分析元素单一等局限性，已无法满足Mg－RE合金中单一稀土元素和微量Zr、Ag等元素的快速检测。而电感耦合等离子发射光谱法具有检出限低、精确度好、基体干扰小、线性范围宽且可进行多元素同时测定等优点［3］，可成功实现对Mg－RE合金系中微量元素进行快速检测。

本文通过酸度试验、干扰试验和加标回收及精密度试验，确定了电感耦合等离子发射光谱仪（ICP－OES）测定Mg－RE合金系中Gd、Y、Zr、Ag元素的最佳测定条件。实验结果表明，用硝酸分解样品，采用ICP－OES法测定Gd、Y、Zr、Ag，方法快速、准确，能够满足当前科研生产的需要。

1 实验部分

1.1 仪器及工作条件选择

采用仪器为美国安捷伦公司ICP－OES700型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪，其工作条件是发射功率：1.0 kW；等离子气流量：15.0 L／min；辅助气流量：1.50 L／min；雾化器压力：200 kPa；观测高度：10 mm；一次读数时间：5 s；仪器稳定延时：15 s；进样延时：30 s；泵速：15 r／min；清洗时间：10 s。

1.2 主要试剂与标准溶液

依照GB／T602－2002，各单个元素的标准储备液均用其相应的光谱纯氧化物或纯度大于99.95%的金属配制，准确称量，溶解后配制成浓度为1.00 mg／mL的标准溶液。所用硝酸（ρ＝1.42 g／mL）、氢氟酸（ρ＝1.13 g／mL）、盐酸（ρ＝1.19 g／mL）等试剂均为优级纯，实验用水为去离子水。

银标准贮存溶液的配制：称取1.000 0 g金属纯银（99.99%），置于500 mL烧杯中，盖上表面皿，加入20 mL（1＋1）硝酸，加热至完全溶解，煮沸驱除氮氧化物，冷却，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液1 mL含1 000μg银。

锆标准贮存溶液的配制：称取3.530 0 g氧氯化锆（ZrOCl2·8H2O）置于500 mL烧杯中，盖上表面皿，加入20m L（1＋1）盐酸，至完全溶解，冷却，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液1 mL含1 000μg锆。

钆、钇标准贮存溶液的配制：分别称取1.172 8 g三氧化二钆、1.269 9 g三氧化二钇（质量分数大于99.9%，预先经1 000℃灼烧1 h后，置于干燥器中，冷却至室温），置于一组500 mL烧杯中，盖上表面皿，加入50 mL（1＋1）盐酸，加热溶解，冷却至室温，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液1 mL含1 000μg钇、钆。

高纯镁溶液的配制：称取10 g高纯镁，置于500 mL烧杯中，盖上表面皿，加入140 mL（1＋1）硝酸，至完全溶解，煮沸驱除氮氧化物，冷却，移入200 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液1 mL含50 mg镁。

内标铟溶液的配置：称取纯金属铟（99.995%）0.100 0 g于250 mL烧杯中，加入10 mL（1＋1）硝酸，盖上表面皿，在电热板上加热，直至完全溶解。取下烧杯，冷却至室温，转入1 000 mL容量瓶中，用（1＋9）硝酸稀释到刻度并摇匀。此溶液1 mL含100μg铟。

用逐步稀释法配制成其它浓度标准溶液。

1.3 样品的制备

称取0.500 0 g试样，置于250 mL烧杯中，加入20 mLHNO3和0.1mLHF，低温加热溶解，待试样完全溶解后，冷却，转移入250 mL容量瓶中，加入0.8 mg In内标溶液，用水稀释至刻度，摇匀，待测。

1.4 分析线及测量

查阅Boumans编制的LCT表（Line Coincidence Tables for ICP－AES）和Winge，Fassel等编制的光谱表（ICP－AES：An Atlas of Spectral lnformation），同时参照梅坛［4］等对镁合金分析线选择基础上，确定所测元素的分析线见表1。

表1 分析线

于电感耦合等离子体原子发射光谱仪上，在选定工作条件及分析波长处，以铟为内标元素，纯水为低标，以加入各待测元素标准溶液镁底液（镁为该合金中化学成分的余量）为高标对仪器进行标准化，测量样品中各元素的浓度。

2 结果与讨论

2.1 酸度试验

Mg－RE合金在硝酸、盐酸、王水体系中均可溶，其加入元素Zr和Ag分别溶于氢氟酸和硝酸。依据以上待测元素的化学性质可确定在硝酸分解样品的基础上滴加氢氟酸最佳，由于过量的氢氟酸腐蚀ICP矩管且对人体有害，所以在保证Zr溶解完全的基础上加入尽量少的氢氟酸，根据王荣［5］等的研究表明，氢氟酸的最佳用量应为0.1 mL。由于溶于酸的加入量影响样品的提升量，所以应进行酸度实验以确定硝酸最佳用量。

以水为低标，以标准溶液（Gd 5.00%、Y 5.00%、Zr 0.50%、Ag 0.50%）为高标，另在数份含相同成分的标准溶液中分别加入不同量的硝酸，在仪器选定的条件下对元素Gd、Y、Zr、Ag进行硝酸加入量影响试验。其结果见表2。

表2 硝酸加入量试验

由硝酸加入量试验可知，随着硝酸加入量的增大，元素的测量值逐渐降低，这是由于酸度的增大引起样品溶液黏度增大从而降低了样品的提升量和雾化效率，该试验确定了硝酸溶解样品最佳用量为20 mL。

2.2 干扰试验

ICP－OES法同时测定Mg－RE合金系元素方法中，存在干扰主要为镁合金基体光谱干扰和共存元素光谱干扰。该方法中所选择的分析谱线，排除了样品中共存元素的干扰。在此基础上，进行基体影响试验，以确定标准溶液是否应进行基体匹配。

本试验中，一组标准进行基体匹配另一组不进行基体匹配。方法一以纯水为低标，以标准溶液（Gd 5.00%、Y 5.00%、Zr 0.50%、Ag 0.50%）为高标。方法二中标准进行基体匹配，以纯镁底液为低标，以加入各待测元素标准溶液（Gd 5.00%、Y 5.00%、Zr0.50%、Ag 0.50%）镁底液（镁为该合金中化学成分的余量）为高标。另将各待测元素标准溶液（Gd 5.00%、Y 5.00%、Zr 0.50%、Ag 0.50%）镁底液（镁为该合金中化学成分的余量）作为样品，分别采用方法一及方法二测量，实验结果见表3。

表3 基体影响试验 %

从实验中可看出，虽然镁基体对微量加入元素锆、银影响不大，但对含量较高的钆、钇有一定影响。因此，实验中应在高标溶液中，加入与试料相当的镁量。

2.3 加标回收及精密度试验

由于Mg－RE合金系材料是近年开发的新材料，目前还没有同时含有Gd、Y、Zr、Ag元素的镁合金标样，所以采用加标回收的方法进行回收率和精密度试验。在已知样品中分别加入表4所示百分比浓度的Gd、Y、Zr、Ag，制备成混合样品溶液。按照实验方法测定，计算回收率，结果列于表4。由表4可知，该方法的回收率在98.0%～102%之间，满足分析要求，方法准确可靠。

按照实验方法，将上述溶液进行11次重复分析，计算相对标准偏差值，计算结果见表4。由表4可知，该方法的相对标准偏差在2.78%～5.10%之间，说明方法准确可行。

表4 样品回收率及精密度试验 %

3 结 论

试验系统地研究了Mg－RE合金系中Gd、Y、Zr、Ag用ICP－OES法同时测定的试验条件，采用硝酸和氢氟酸分解样品，标准采用基体匹配，ICP－OES法可实现同时测定Mg－RE合金系中Gd、Y、Zr、Ag，方法的回收率在98.0%～102.0%之间，相对标准偏差在2.78%～5.10%之间，能够满足当前科研生产的需要。

［1］ 吴玉娟，丁文江.高性能稀土镁合金的研究进展［J］.中国材料进展，2011，30（2）：1－9.

［2］ GB／T13748－2005.镁及镁合金化学分析方法［S］.

［3］ 辛仁轩.等离子体发射光谱分析［M］.北京：化学工业出版社，2005.114－178.

［4］ 梅坛.ICP－AES法分析镁与镁合金的分析线选择［J］.化学世界，2010，（9）：531－534.

［5］ 王荣.ICP－AES测定镁合金中的Zn、Mn、Zr、Ce［J］.光谱实验室，2003，20（2）：295－297.

Determ ination of Gd，Y，Zr and Ag in Rare-earth-magnesium Alloy by ICP-OES

ZOU Long，LIU Rong-li

（Hunan Rare Earth Metal Research Institute，Changsha 410126，China）

The determination of Gd，Y，Zr and Ag in rare-earth-magnesium alloy by ICP-OES is proposed.The optimum conditions of experiments are obtained by acidity experiment，interference experiment，precision and recovery experiment.Themethod is simple and reliable，meeting the need of the scientific research and production.

ICP-OES；rare-earth-magnesium；Gd；Y；Zr；Ag

O657

A

1003－5540（2013）06－0070－03

2013－09－26

邹龙（1990－），男，助理工程师，主要从事分析化学与湿法冶金化学研究。