ICP–AES法测定镍铜合金中的Fe，Mn，Cr，Nb

李培培，叶晓英

[中航工业北京航空材料研究院，中航(试金石)检测科技有限公司，航空材料检测与评价北京重点实验室，北京 100095]

铜镍合金是以镍为主要添加元素的铜基合金，铜镍之间彼此可无限固溶。镍铜合金具有良好的延展性、可锻造性、机械加工性、耐腐蚀、深冲性能，被广泛应用于造船、石油化工、电器、仪表、医疗器械、日用品、工艺品等领域，还是重要的电阻及热电偶合金[1–3]。

电感耦合等离子体发射光谱(ICP–AES)法因其具有灵敏度高、精密度和线性好、可同时分析多种元素等优点，目前已成为金属材料中常量及痕量元素的常用分析方法之一[4–7]。近年来，国内外文献报道了很多关于镍铜合金主量元素镍和铜的测量方法，但是关于其中的杂质元素鲜有报道[8]。笔者采用ICP–AES法对其中的杂质元素 Fe，Mn，Cr，Nb进行分析，通过选择合适的谱线及内标用量确定了最佳分析条件，测定结果满足分析要求。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

发射光谱仪：JY ULTIMA型，法国Jobin Yvon公司。

Cr标准溶液：1.00 mg／mL，称取0.5656 g重铬酸钾，加入40 mL水，加热溶解，冷却后移入200 mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀；

Fe标准溶液：1.00 mg／mL，称取0.2000 g纯铁，加入盐酸溶液(1+1) 10 mL，微热溶解，冷却后移入200 mL容量瓶中，补加盐酸溶液(1+1) 5 mL，用水稀释至标线，摇匀；

Mn标准溶液：1.00 mg／mL，称取0.2000 g电解锰，加入盐酸溶液(1+1) 10 mL，微热溶解，冷却后移入200 mL容量瓶中，补加盐酸溶液(1+1)5 mL，用水稀释至标线，摇匀；

Nb标准溶液：1.00 mg／mL，称取0.2500 g纯铌于聚四氟乙烯烧杯，加入5 mL氢氟酸，低温溶解并滴加硝酸，冷却后移入250 mL聚四氟乙烯容量瓶中，补加氢氟酸5 mL，用水稀释至标线，摇匀；

铜溶液的配制：10.0 mg／mL，称取2.00 g纯铜，加入硝酸溶液 (1+1)40 mL，加热溶解，冷却后移入200 mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀；

镍溶液的配制：10.0 mg／mL，称取2.00 g纯镍，加入硝酸溶液(1+1) 40 mL，加热溶解，冷却后移入200 mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀；

钇内标溶液：0.2 mg／mL，称取0.2540 g氧化钇，加入盐酸40 mL，低温溶解，冷却后移入1000 mL容量瓶中，补加盐酸60 mL，用水稀释至标线，摇匀；

实验所用试剂均为优级纯，实验用水为二次蒸馏水，标准溶液使用时根据所需浓度按照配制1.00 mg／mL标准溶液的酸度加以稀释。

1.2 仪器工作条件

高频频率：40.68 MHz；入射功率：1.05 kW；反射功率：低于10 W；护套气流量：0.2 L／min；入射狭缝：20 μm；出射狭缝：80 μm；冷却气流量：15 L／min；分析线：Cr 283.563 nm，Fe 259.940 nm，Mn 257.610 nm，Nb 316.340 nm；内标线：Y 371.030 nm。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备

准确称取0.1000 g样品于150 mL烧杯中，加入硝酸10 mL，盐酸5 mL，加热至样品溶解，取下冷却后加入硫酸溶液(1+1) 10 mL、磷酸5 mL冒烟，冷却，加水溶解盐类，冷却后移入预先准确加入含有0.40 mg Y内标溶液的100 mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。

1.3.2 标准工作曲线的绘制

根据镍铜合金中各元素的含量范围，配制系列标准溶液。在数只100 mL容量瓶中分别加入Cr，Fe，Mn，Nb标准溶液，使各瓶中 Cr，Fe，Mn，Nb标准溶液浓度如表1所示，加入与样品相同量的酸，用水稀释至标线，摇匀，与样品同时测量。其中，S0～S5均以Ni 65%，Cu 30%打底；另配曲线S0'～S5'，以纯水配制，各元素含量与对应的S0～S5相同。

表1 系列标准溶液中各元素含量 %

2 结果与讨论

2.1 合金中基体与共存元素间的干扰试验

2.1.1 合金中试剂、基体与共存元素间的谱线干扰

分别对体积分数为10%的硝酸溶液，5%的盐酸溶液，5%的磷酸溶液，5%的硫酸溶液，2%的Y溶 液 和 65 mg／mL Ni，30 mg／mL Cu，4 mg／mL Si，2 mg／mL Fe，1 mg／mL Mn，0.1 mg／mL 及 1 mg／mL Cr的测试溶液在分析元素3～5条分析谱线中心波长附近的0.1842 nm窗口范围内进行扫描，获得试剂溶液、干扰元素及分析元素光谱扫描谱图，对谱图进行叠加、放大，得到干扰元素在分析谱线附近的干扰情况。

根据光谱干扰情况，选择分析谱线Cr 283.563 nm，Fe 259.940 nm，Mn 257.610 nm和Nb 316.340 nm对镍铜合金中元素进行分析时，试剂及基体对分析元素没有显著的光谱干扰。

2.1.2 不同基体配制的标准溶液比较

以S0'和S5'绘制工作曲线，测定S0～S5中各元素的含量，结果见表2。从表2中数据可进一步证实基体对测量元素无干扰。

表2 S0～S5中各元素含量测定值 %

2.2 内标用量

称取样品6份，每份均加入Cr 0.5 mg，Nb 0.5 mg，分 别 加入钇内标溶液 0.00，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00 mL，在相同的测量条件下，测得各元素和内标元素谱线强度比的相对标准偏差见表3。由表3可知，无内标元素时测定结果的相对标准偏差较大，内标元素Y的加入使测量结果更加稳定、可靠，但是其发挥的作用与其用量并非成正比，当内标加入量达到一定值时，增加内标用量对测定结果影响不大。结合本次实验数据，选定钇内标溶液的用量为2.00 mL。

表3 不同内标元素加入量下分析元素和内标元素强度比的相对标准偏差(n=10) %

2.3 线性方程及相关系数

在确定的仪器工作条件下，用S0～S5系列标准溶液建立工作曲线，曲线线性方程、线性范围与相关系数见表4。由表4可知，分析元素在工作曲线线性范围内线性良好。

2.4 加标回收试验和精密度试验

在确定的工作条件下，根据常见镍铜合金中分析元素的含量范围，选择镍铜合金标准样品(C56)进行精密度试验，结果见表5。镍铜合金中Fe，Mn元素属于常量元素，故对实际样品中的Cr，Nb元素进行加标回收试验，结果见表6。

表4 工作曲线中分析元素的含量及线性系数

表5 精密度试验结果(n=8) %

表6 回收试验结果 %

表5和表6数据表明，用此方法测得的镍铜合金中Fe，Mn，Cr，Nb及其合成样品中的Cr，Nb元素含量，平均值与标准值基本一致，回收率为95.0%~103.4%，测得结果的相对标准偏差均小于5%，表明测量准确度和精密度均较高。

3 结语

采用ICP–AES法测定镍铜合金中的Cr，Fe，Mn，Nb含量，通过光谱干扰试验确定最佳分析线，该方法测量准确度和精密度较高，能满足日常测试需要。

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