电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定TB6钛合金中的Al和V

2018-01-11朱丽刘雷雷孙宝莲李波

中国无机分析化学 2017年4期

朱丽刘雷雷孙宝莲李波

（西北有色金属研究院，西安710016）

前言

TB6钛合金属于近β型钛合金，具有高强、高韧、高淬透性等特点，被广泛应用于航空航天、生物制药、石油化工等领域[1-3]。其含量及其分布均匀性对TB6钛合金的强度、立方织构有直接的影响，因此对Al、V含量进行快速准确的测定具有重要意义。

TB6钛合金中高含量V的测定方法常用硫酸亚铁铵滴定法，流程较长，操作繁琐[4-6]。电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法操作简单，灵敏度高、精密度好[7-9]。采用ICP-AES法同时测定TB6钛合金中Al、V含量，优化实验条件并建立相应的分析方法。采用盐酸及氢氟酸分解试样，加入硝酸溶解完全，选择合适的谱线及仪器工作参数，采用基体匹配法消除基体干扰。结果表明，高含量V与硫酸亚铁铵滴定法结果吻合，ICP-AES法测定Al、V含量相对标准偏差分别为1.2%、0.45%，方法操作简便，准确度及精密度较好，可以满足日常生产和测定需求。

1 实验部分

1.1 主要仪器

Advantage IRIS电感耦合等离子体原子发射光谱仪（美国热电公司）：分辨率小于0.006 nm（200 nm处），具备耐氢氟酸雾化器系统。

1.2 主要试剂

盐酸（1+1）、氢氟酸（1+1）、硝酸（1+1），纯钛基体（ωTi≥99.5%），氩气（ωAr≥99.99%），所用试剂均是分析纯及以上级别，实验用水为二次去离子水。

铝标准储备溶液（1.0 mg/m L）：称取0.500 0 g高纯铝（ωAl＞99.99%）于铂坩埚中，加入5 m L HCl，加热溶解完全，冷却，移入500 m L容量瓶中，稀释至刻度，混匀。

钒标准储备溶液（1.0 mg/m L）：称取0.500 0 g高纯钒（ωV＞99.99%）于铂坩埚中，加入5 m L HCl，加热溶解完全，冷却，移入500 m L容量瓶中，稀释至刻度，混匀。

1.3 实验方法

1.3.1 基体溶液的制备

称取0.100 g纯钛基体6份，分别置于一组150 m L聚四氟乙烯烧杯中，加入5 m L盐酸（1+1），1 m L氢氟酸（1+1），盖上表面皿，低温加热至试样溶解完全，加入0.5 m L硝酸（1+1）溶解至清亮，取下冷却至室温。将溶液移入100 m L容量瓶中。再移取一定量Al、V标准溶液，置于此容量瓶中，用水定容，混匀，以备ICP-AES法测定。

1.3.2 样品分析方法

称取0.10 g（精确至0.000 1 g）试样置于150 m L聚四氟乙烯烧杯中，以少许水润湿，加入5 m L盐酸（1+1），1 m L氢氟酸（1+1），盖上表面皿，低温加热至试样溶解完全，加入0.5 m L硝酸（1+1）溶解至清亮，取下冷却至室温。转入100 m L容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

在电感耦合等离子体发射光谱仪上，于Al 237.3 nm、V 292.402 nm波长处（必要时扣除背景）测定其发射强度及随行空白的发射强度，在工作曲线上查出试样溶液中对应的Al、V含量。

1.4 工作曲线的绘制

称取0.100 g纯钛6份于100 m L聚四氟乙烯烧杯中，加入5 m L盐酸（1+1），1 m L氢氟酸（1+1），缓慢加热至试样溶解完全，滴加0.5 m L硝酸（1+1）至溶液紫色消失，继续加热驱除氮的氧化物。

移取0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 m L 铝标准储备溶液，0、3.00、6.00、9.00、12.00、15.00 m L钒标准储备溶液于6个100 m L容量瓶中，加入10 m L纯钛基体溶液，用水稀释至刻度，混匀。

将标准系列溶液在电感耦合等离子体发射光谱仪上，于Al 237.3 nm、V 292.402 nm波长处（必要时扣除背景）测定发射强度，以Al、V的质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标绘制标准工作曲线。

2 结果与讨论

2.1 元素分析线的选择

被分析元素谱线的选择十分重要，需没有光谱干扰且灵敏。分别对Al、V标准溶液，基体溶液，基体溶液加Al、V标准溶液进行谱图扫描，确定了Al、V分析谱线，数据见表1。

表1 元素分析谱线Table 1 The analytical lines for elements /nm

2.2 仪器参数

考察了射频发射功率、雾化器压力、辅助气流量、进样泵速等对Al、V元素发射强度的影响，选择了折中的仪器测定参数，见表2。

2.3 仪器短时稳定性

将Al最大质量浓度（50μg/m L），V最大质量浓度（15 mg/m L）连续测定5次，采用相对标准偏差表示仪器短时稳定性，经实验，Al、V发射光绝对强度的相对标准偏差（RSD）分别为0.38%和0.27%，小于通常要求的1%。

表2 仪器最佳测定参数Table 2 The selected parameters for measurement.

2.4 元素检出限和定量下限的确定

按标准工作曲线配制空白溶液，对空白溶液连续测定11次，以3倍的11次空白溶液标准偏差为元素的检出限，以检出限的5倍作为元素的检测下限。数据列于表3。

表3 元素检出限和检测下限Table 3 The limit of detection for Al and V elements.

2.5 标准工作曲线绘制

按仪器工作条件，将配制好的标准工作曲线于电感耦合等离子体发射光谱仪上进行测定。结果列于表4。

表4 分析谱线与线性回归Table 4 The analytical spectral and linear regressions.

2.6 干扰实验

采用ICP-AES法测定TB6合金中的Al、V量，按照钛及钛合金产品标准“GB/T 3620.1—2007”中涉及含Al、V的所有钛合金牌号，确定共存元素并进行钛基体及 Mo、Cr、Fe、Zr、Sn等共存元素的干扰实验。

2.6.1 基体的影响

考察了不同量的 Ti基体 0、50、100、250、1 000 mg/L对Al（5 mg/L）和V（5 mg/L）测定强度的影响，结果见表5。

表5 基体干扰实验Table 5 The tests of matrix interference.

由表5可见，Ti基体对于Al和V的测定有一定程度的正干扰，实验采用基体匹配的标准工作曲线，以消除基体的干扰。

2.6.2 背景干扰

光谱干扰主要考虑谱线干扰，实验表明选用合适的分析谱线，采用背景扣除及基体匹配法，可消除背景干扰。

2.6.3 共存元素的干扰

于一系列100 m L容量瓶中，加入钛合金中存在的最高含量合金及杂质元素，分别加入0、200、400μg Al和V标准溶液，按照拟定的方法进行Al和V的测定。Al和V的回收率在99.3%～101%。

结果表明（以 mg计），Sn（35）、Pb（150）、As（50）、Fe（150）、Cu（10）、Zn（15）、Sb（25）、CaO（25）、MgO（10）、SiO2（15）、Al2O3（2）、WO3（12.5）、Ag（0.25）、Ni（0.5）共同存在时，对 Al和 V的测定无明显影响。

2.7 溶解试剂的选择

钛及钛合金试样的溶解一般可以用盐酸、硫酸或盐酸+氢氟酸+硝酸等溶解方式。Al、V元素在H2SO4介质中能够稳定存在，但在采用ICP-AES法测定中，大量引入H2SO4会严重影响溶液提升量，影响测定结果的准确性、稳定性；单纯用盐酸溶解，溶解速度缓慢；盐酸+氢氟酸+硝酸的混酸溶解法，反应速度快，溶解效率高。因此实验选用盐酸+氢氟酸+硝酸溶解试样。

10%以内的盐酸、硝酸，5%以内的氢氟酸不干扰Al、V的测定，实验选择加入5 m L盐酸、1 m L氢氟酸溶解试样，补加0.5 m L硝酸氧化使钛的紫色消失，助溶。使溶液盐酸浓度为5%（V/V），并控制试样溶液与标准工作曲线溶液酸浓度保持一致。