电感耦合等离子体发射光谱法测定铜铬铟合金中的痕量铟

2017-10-19许方，李勇

分析科学学报 2017年3期

许方，李勇

(1.江西理工大学分析与测试中心，江西赣州 341000； 2.江西理工大学工程研究院，江西赣州 341000)

铜铬合金的机械强度和硬度较高，导电、导热性能好，具有优良的耐磨性和减磨性能，以及良好的抗高温氧化、耐磨蚀和加工性能好等特性，广泛应用于在高温下要求高强度、高硬度、高导电性和导热性的零件。在铜合金中添加少量铟，可提高结晶温度，细化晶粒，优化合金性能。铟元素的测定现在一般采用火焰原子吸收光谱法[1 - 2]、分光光度法[3]和EDTA滴定[4]等。我国国家标准中关于铟的测定方法有EDTA络合返滴定法[5]和乙基紫分光光度法[6]，步骤繁琐，流程较长，消耗试剂较多，而且样品溶液的介质和元素之间的干扰对数据影响较为明显。

本文建立了基于电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)的铜铬铟合金中铟元素的定量分析方法，选取铟的最佳分析谱线、优化仪器操作参数，通过基体匹配法对实际样品中的铟进行定量，通过元素的干扰实验、加入回收等方法验证[7]了该方法的抗干扰能力及准确性。

1 实验部分

1.1 仪器及主要试剂

采用美国赛默飞世尔公司的IRIS Intrepid Ⅱ 全谱直读型电感耦合等离子发射光谱仪对目标元素进行测定，波长范围为165～1 050 nm，中阶梯光栅，CID检测器，进样系统为垂直观察式矩管，工作气体为高纯氩气(≥99.999%)。

In元素标准贮存溶液(1 000 mg/L，国家标准物质中心)；高纯铜片(>99.999%，国家标准物质中心)；高纯铬粉(>99.99%，国家标准物质中心)。对标准贮存溶液进行逐级稀释，配制成相应浓度的标准溶液；高纯铜片和高纯铬粉分别溶解配制成1.0 g/L铜标准溶液和1.0 g/L铬标准溶液。HCl、HNO3为优级纯；实验用水为二次蒸馏水。

1.2 实验方法

称取待测合金试样0.2000 g左右，置于50 mL烧杯中，加入10 mL HNO3(1+1)和 5 mL HCl(1+1)，低温加热，待试样完全反应溶解后煮沸去除氮氧化物，静置冷却至室温，加入二次蒸馏水稀释定容至100 mL容量瓶，摇匀，待测。

2 结果与讨论

2.1 工作参数的确定

采用20 mg/L的铟标准溶液对工作参数进行优化，包括射频功率、雾化器压力、辅助气流量以及积分时间等，最后确定仪器工作参数为：功率1 200 W；雾化器压力0.179 MPa；辅助气流量1.0 L/min；蠕动泵速110 r/min；长波曝光时间10 s；短波曝光时间20 s。

2.2 基体效应

在ICP-OES中，若分析溶液的总盐量含量较低的话，可以不考虑基体干扰；但若基体物质的浓度较高的话，则应考虑基体效应。一般采用基体匹配法或标准加入法来抑制或者消除基体效应。因本研究方法的试样是高Cu-Cr合金，Cu、Cr元素含量高，而In元素作为微量添加元素用以改善合金性能，所以In元素含量一般在1.5%以内，需要考虑Cu、Cr对In谱线的干扰情况。首先设定已优化的工作参数，对In元素含量为0、5、10、20 mg/L标准溶液建立工作曲线，然后将二次蒸馏水、Cu标准溶液(1 000 mg/L)和Cr标准溶液(200 mg/L)分别作为编号为G -1、G -2和G -3样品进行测定，将G -1和G -2检测谱线叠加观察Cu元素对In元素谱线的干扰情况，将G -1和G -3检测谱线叠加观察Cr元素对In元素谱线的干扰情况。经过测定表明，G -2样品谱线比G -1样品谱线背景强度增高，G -3谱线与G -1谱线相比无明显变化，说明合金中Cu对测试谱线背景有一定影响，而Cr未对In元素产生明显干扰。

2.3 标准曲线的建立

本方法选用Cu-Cr合金作Cu-Cr基体绘制标准曲线。称取纯Cu 0.07 g(>99.999%)和纯Cr粉0.03 g(>99.99%)各五份按照方法溶解冷却，分别移入C1～C5号五个50 mL容量瓶中，然后分别移取1.0 g/L的In标准溶液0、0.3、0.8、1.0和1.5 mL至C1～C5号容量瓶中，加二次蒸馏水至刻度，摇匀。标准化运行后，得出Ins的质量浓度在30 mg/L 以内与对应的发射强度呈线性关系，线性回归方程为：I=15.658c+11.452，相关系数为0.9997。

2.4 检出限与分析谱线的选择

选取三条In谱线230.606、325.609和303.936 nm，将C1号空白作为样品进行重复11次检测，以各谱线测试数据的3倍标准偏差为检出限，计算后分别为0.009、0.008和0.010 mg/L。综合考虑谱线强度、稳定性、检出限以及干扰情况等，选定230.606为In元素的分析谱线。

2.5 样品分析

本方法选用的Cu-Cr-In合金是将Cu-Cr合金用微合金化法微量添加不同含量的In元素，采用非真空条件下制备。在已确定的工作参数下，选取制备的三个不同In含量的Cu-Cr合金试样CKS -1、CKS -2和CKS -3按照试验方法进行测量，经过10次平行测试，分别得出In元素的质量浓度为0.308%、0.526%和0.786%，RSD分别为3.87%、2.56%和3.16%。另取上述三个试样分别加入高、中、低不同量的标准溶液进行加标回收试验，结果见表1。回收率在94%～104%之间，能满足检验要求。