电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高硅铝合金中Nb、Mo、W、Ta含量

刘喜山　高　颂　庞晓辉　李　蓓

(中航工业北京航空材料研究院，航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京 100095)



电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高硅铝合金中Nb、Mo、W、Ta含量

刘喜山高颂庞晓辉李蓓

(中航工业北京航空材料研究院，航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京 100095)

介绍了用ICP-OES法测定高硅铝合金中铌、钼、钨、钽元素的方法。通过溶样方法的选择、仪器工作参数的优化、基体和共存元素的影响等试验，确定了采用盐酸、氢氟酸和硝酸溶解样品，用基体匹配方法消除基体钛对测定的影响。在仪器最佳工作条件下，选择了Nb：269.706 nm、Mo：202.030nm、W：239.708 nm、Ta：240.063 nm为待测元素分析线，测得的方法检出限是0.001～0.002μg/mL。加标回收和精密度结果表明：本方法快速、准确，可以满足铝合金中的铌、钼、钨、钽元素的测定要求，方法RSD<9.45%，回收率90%～110%。

电感耦合等离子体原子发射光谱法高硅铝合金铌、钼、钨、钽

高硅铝合金具有高比强度和比刚度，目前仍是飞机的主要结构材料，在飞机上的应用仍有不可取代的优势[1]。铌、钼、钨、钽是稀有难熔金属家族中的主要成员，其具有高温稳定性、化学耐腐性优良等性质，在国防军事、航空航天、机械加工等领域一直发挥着重要作用[2]。目前在铝合金中掺杂少量难熔金属元素的研究较少，因此准确测定铝合金中难熔金属的含量具有重要意义。过去对难熔金属如铌、钼、钨、钽金属主要采用光度法，但是流程很长，元素干扰严重。由于电感耦合等离子体原子发射光谱法具有灵敏度高,检出限低，多元素同时分析能力，线性范围宽,基体干扰小等特点，特别适用于各类合金样品中金属元素的分析[3]。本实验采用电感耦合等离子体原子发射光谱法对铝合金中难熔金属铌、钼、钨、钽元素含量的测定，并进行了精密度和加入回收试验。

1　试验部分

1.1仪器与试剂

美国Perkin Elmer公司生产的Optima8300DV型全谱直读电感耦合等离子体光谱仪。

铌、钼、钨、钽的标准储备液1.00 mg/mL，国家标准溶液，钢铁研究总院制，使用时逐级稀释。

实验用盐酸、硝酸、氢氟酸均为优级纯,水为二次蒸馏水,铝元素单标准溶液均用质量分数大于99.95%的纯金属配制。

1.2仪器工作条件

仪器分析条件:高频频率：40MHz；正向功率：1.3kW，检测器：SCD；观测方向：水平；观测高度：15mm，冷却气流量：12L/min；雾化气流量：0.6L/min；积分时间：5s。分析元素波长见表1。

表1　待测元素分析线波长

1.3试验方法

称取0.2000g合金样品置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入10mL盐酸(1+1)、1.5mL氢氟酸，低温加热溶解，反应停止后，加入1mL硝酸，溶解完全后，冷却后转移入50mL容量瓶中，用水稀释至刻度,摇匀。

1.4校准曲线配制

选择纯铝(质量分数不小于99.99%)进行基体匹配，按1.3同步处理后移入50 mL容量瓶中，根据表2中校准曲线的含量，加入待测元素标准溶液，用水稀释至刻度，混匀，制备标准曲线系列溶液。

表2　校准曲线含量　%

1.5测定

于电感耦合等离子体原子发射光谱仪上，在选定的工作条件下测量各待测元素的百分含量。

2　结果与讨论

2.1样品溶解试验

样品溶解完全，是保证分析结果准确、可靠的必要条件。一般来说对高硅铝合金使用酸溶解或者碱溶解铝合金样品，当样品不需测定硅含量时，亦可用酸溶法处理试样，而金属铌钼钨钽较易溶于盐酸、硝酸、王水中的任一种与氢氟酸形成的混酸，而单一酸可能溶解不完全。本实验样品采用氢氧化钠溶解时，样品底部有少量浑浊物，加入盐酸后此浑浊物并未完全消失；采用王水和氢氟酸形成的混酸溶解此样品，溶解后澄清，可以保证铌钼钨钽能完全溶解，因此本实验采用盐酸、硝酸、氢氟酸溶解。

2.2仪器工作参数选择

仪器工作条件的优化以提高检测的灵敏度为目标，雾化气流量是ICP分析方法关键的参数之一，影响中心通道内各种参数和分布，因此需对雾化气流速进行优化。在保证其它条件不变的情况下，只改变雾化气流速，测量各元素的谱线强度，结果表明，上述元素的谱线强度随载气流速的增大逐步增加，当雾化气流速在0.6 L/min 时达到最大后，上述元素的谱线强度值又随雾化气流速增大而减小，本试验选择雾化气流速为0.6 L/min。

2.3分析线的选择

通过扫描待测元素波长附近谱图发现，基体钛元素对待测元素谱线强度有影响，谱线的背景相应增强，这种影响可以通过基体匹配进行消除。因此，在配置校准曲线溶液时应进行基体匹配。

待测谱线应免受光谱干扰、足够的线性范围、灵敏度高，根据电感耦合等离子体发射光谱仪谱线库提供的待测元素Nb、Mo、W、Ta的推荐波长及背景等效浓度、检出限、信噪比、强度等参数，对待测元素的谱线进行初选。配制上述待测元素浓度为1μg/mL的单标准溶液，在选定的波长处用进行谱图扫描，同时扫描基体元素Al及主量元素Si、Cu、Fe、Mg、Ti的单标准溶液，观察待测元素的谱线受基体和主量元素的干扰情况和待测元素互相间的干扰情况，表3中列出了谱线选择的结果。

综上所述选择Nb：269.706nm、Mo：202.030nm、W：239.708nm、Ta：240.063nm为待测元素分析线。

2.4线性范围、相关系数和检出限

根据样品中的待测元素的含量和基体成分，配制工作曲线,其浓度范围、相关系数见表4。

方法检出限是选用的分析方法和所用仪器进行微量分析的重要技术指标，它表明该方法所能检出某元素的最低浓度，在确定的测量条件下对试剂空白溶液进行了11次测定，计算其标准偏差，以3倍的标准偏差为其检出限，计算出各元素的检出限,见表4。

表3　谱线选择结果　%

表4　线性范围、相关系数、检出限

2.5方法的回收率和精密度

按所确定的仪器工作参数与实验方法，对样品分析并进行加入回收试验(n=8)，结果见表5。

表5　铝合金样品的分析结果　%

本实验选择Nb：269.706nm、Mo：202.030nm、W：207.912nm、Ta：240.063nm为待测元素分析线，进行了样品溶解研究、优化了仪器条件、对样品进行了加入回收和精密度试验，回收率90～110%，RSD≤9.45%。试验结果表明本方法可以消除基体和主量元素的光谱干扰，这些分析线灵敏度高，检出限低。本方法快速、准确,可用于铝合金中杂质元素铌、钼、钨、钽含量的测定。

[1] 庞晓辉，等.ICP-OES法测定铝合金中Y、La、Pr、Sm、Ce、Gd和Nd [J].分析仪器,2012，(2)：41-43 .

[2] 张颖.高纯钨、钼、铌、钽工业分析进展[J].湖南有色金属2012，28,(6)：71-76.

[3] 高颂、庞晓辉.电感耦合等离子体发射光谱法测定钛合金ZTC4及纯Ti中杂质元素[J].冶金分析,2010,9(30)：610～613.

Determination of niobium，molybdenum，wolfram，tantalum in aluminium alloys by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.

Liu Xishan,Gao Song,Pang Xiaohui,Li Bei

(AVIC Beijing Institute of Aeronautical Materials ，Beijing Key Laboratory of Aeronautical Materials Testing and Evaluation,Beijing 100095,China)

A method for determination of niobium，molybdenum，wolfram，tantalum in aluminium alloys by ICP-AES is proposed.The experiment of instrument parameters,sample dissolution,selection of analytical lines，the effect of matrix and coexist elements on the determination，the comparison of reference materials and the analysis results are carried out.The recovery rate is 90%-110%，RSD≤9.45%.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry；aluminium alloys；niobium；molybdenum；wolfram，tantalum

刘喜山，男，1987年出生，工学硕士，助理工程师，从事材料化学成分分析研究工作。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.04.006

2015-12-07