彭明斌

(瓦盧瑞克核電管材(廣州)有限公司，廣東　廣州　511455)

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ICP-OES法測(cè)定鎳基合金中9種微量元素

彭明斌

(瓦盧瑞克核電管材(廣州)有限公司，廣東廣州511455)

建立了ICP-OES(等離子體發(fā)射光譜法)測(cè)定鎳基合金中9種微量元素的測(cè)試方法。采用3:1體積比濃鹽酸和濃硝酸混酸通過(guò)微波消解儀消解0.2 g樣品制備樣品溶液。標(biāo)準(zhǔn)溶液通過(guò)基體匹配法制備，各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)大于0.999。本方法各元素的方認(rèn)檢測(cè)限在0.004 mg/L到0.30 mg/L之間。應(yīng)用本方法進(jìn)行測(cè)試，9種元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=7)均小于5%，加標(biāo)回收率在95.0%到102.7%之間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本方法精密度好、準(zhǔn)確度高，滿(mǎn)足日常分析的要求。

ICP-OES；鎳基合金；微量元素

鎳基合金由于其化學(xué)成分及各種元素的添加，使其具有比重輕、強(qiáng)度高、抗氧化、耐高溫等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、核反應(yīng)堆、石油化工和能源轉(zhuǎn)換設(shè)備等的高溫部件[1-2]。電感耦合等離子體發(fā)射光譜光譜(ICP-OES)法具有檢出限低，基體效應(yīng)小、精密度高、靈敏度高、線(xiàn)性范圍寬，可多元素同時(shí)測(cè)定的優(yōu)點(diǎn)[3]，目前已成為材料成分分析中常用的檢測(cè)手段。本實(shí)驗(yàn)采用ICP-OES法同時(shí)測(cè)定鎳基高溫合金中鋁錳鈦硅鈮鉭鉬鈷銅9種微量元素含量，確定了最佳實(shí)驗(yàn)條件，介紹了分析線(xiàn)的選擇，采用基體匹配法，消除基體和共存元素的干擾影響。本方法精密度好、準(zhǔn)確度高，簡(jiǎn)單快速，測(cè)定結(jié)果令人滿(mǎn)意,滿(mǎn)足了現(xiàn)代化生產(chǎn)質(zhì)量控制和實(shí)驗(yàn)室日常分析的要求。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

美國(guó)珀金埃爾默(Perkin Elmer)Optima 7300V型等離子體發(fā)射光譜儀；奧地利安東帕(Anton Paar) Multiwave PRO型微波消解儀。

各元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：鋁1000 mg/L，錳1000 mg/L，鈦1000 mg/L，硅1000 mg/L，鈮1000 mg/L，鉭1000 mg/L，鉬1000 mg/L，鈷1000 mg/L，銅1000 mg/L；

濃鹽酸(優(yōu)級(jí)純)；濃硝酸(優(yōu)級(jí)純);

實(shí)驗(yàn)用水為電阻率18.2 MΩ·cm超純水。

1.2儀器工作條件

ICP-OES工作條件：RF發(fā)生器功率1300 W；霧化氣流量為0.8 L/min;冷卻氣流量為15 L/min; 輔助氣流量為0.2 L/min; 蠕動(dòng)泵進(jìn)樣量為1.5 mL/min；觀測(cè)方式為徑向觀測(cè)；讀數(shù)時(shí)間：自動(dòng)，最小2 s，最大10 s；讀數(shù)延遲：35 s。

微波消解儀工作條件：采取功率控制，樣品罐數(shù)為8罐，步驟如下：① 10 min功率上升到250 W；②保持功率250 W 5 min；③ 繼續(xù)10 min上升功率到500W；④保持功率500 W 15 min；⑤風(fēng)冷到55 ℃。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1樣品溶液制備

準(zhǔn)確稱(chēng)取0.2 g(精確至0.0001 g)試樣于微波消解罐中，添加4.5 mL濃鹽酸和1.5 mL濃硝酸，按照設(shè)定的微波消解儀工作條件進(jìn)行微波消解。消解完成后將試液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶，用高純水定容，搖勻。按儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2工作曲線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)溶液制備

工作曲線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)溶液采取基體匹配法。稱(chēng)取與0.2 g試樣主量元素(Ni,Cr,Fe)含量一致的高純鎳粉0.12 g，鉻粉0.06 g，鐵粉0.02 g合成每一份添加到微波消解罐，每份基體粉末加入少量純水潤(rùn)濕后，添加4.5 mL濃鹽酸和1.5 mL濃硝酸在微波消解儀配套的趕酸器里低溫溶解成為基體匹配底液。將標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液逐級(jí)稀釋到所需濃度，然后分別添加到基體匹配底液中得到混合工作標(biāo)準(zhǔn)溶液，其濃度梯度如表1所示。其中。空白溶液為不添加標(biāo)準(zhǔn)溶液的基體底液。然后把空白溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液隨同樣品按照相同條件進(jìn)行消解操作。

表1　工作標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度

2　結(jié)果與討論

2.1樣品溶液制備方式的選擇

金屬樣品采取敞開(kāi)式電熱板加熱溶解較為常見(jiàn)，但操作流程不夠簡(jiǎn)便，耗酸量大，耗時(shí)多。微波消解是一種嶄新的、高效的樣品消解方法。因其具有節(jié)能、省時(shí)、污染少和分解完全的優(yōu)點(diǎn)已成為試樣分解不可缺少的方法之一[4]。本實(shí)驗(yàn)采用微波消解制備樣品基于溶樣時(shí)間短；消耗試劑少，空白低；密閉環(huán)境避免了揮發(fā)損失和樣品的沾污；降低了勞動(dòng)強(qiáng)度這幾個(gè)因素。微波消解所設(shè)置的加熱功率、溫度、時(shí)間及壓力等參數(shù)不僅要確保樣品安全快速的消解完全，也不能功率設(shè)置過(guò)大導(dǎo)致壓力過(guò)高泄壓造成待測(cè)元素?fù)]發(fā)損失或者各個(gè)樣品溶液酸度的不一致。經(jīng)過(guò)不同條件的試驗(yàn)，最終確定選擇4.5 mL濃鹽酸和1.5 mL濃硝酸作為消解試劑，工作條件如1.2所述得到的樣品溶液最為合適，樣品溶液澄清透明均一，同時(shí)酸度不高，利于ICP-OES測(cè)定得到穩(wěn)定的結(jié)果。

2.2分析線(xiàn)的選擇

表2　各元素分析譜線(xiàn)波長(zhǎng)

待測(cè)元素波長(zhǎng)的選擇是建立測(cè)試方法過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，選擇被測(cè)元素的分析線(xiàn)必須考慮其靈敏度，背景干擾等因素。本試驗(yàn)從儀器分析線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇各待測(cè)元素譜線(xiàn)中靈敏度較高的幾條，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的情況和對(duì)實(shí)際樣品的檢測(cè)結(jié)果綜合選擇最佳譜線(xiàn)。用標(biāo)準(zhǔn)樣品反復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果對(duì)比最終確定相關(guān)系數(shù)高、準(zhǔn)確度高、線(xiàn)性好、干擾小和穩(wěn)定性好的譜線(xiàn)作為分析線(xiàn)[5]。經(jīng)過(guò)對(duì)同一元素不同譜線(xiàn)進(jìn)行測(cè)定試驗(yàn)，最終確定的各元素最優(yōu)分析線(xiàn)如表2所示。

2.3標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)結(jié)果

待儀器穩(wěn)定后，按儀器工作條件，將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液依次測(cè)試，制定標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)?；旌蠘?biāo)準(zhǔn)溶液各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)結(jié)果列于表3。從表3可見(jiàn)，各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)都大于0.999，表明各元素的校準(zhǔn)曲線(xiàn)結(jié)果理想，線(xiàn)性好。

表3　標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)結(jié)果

2.4方法檢出限

根據(jù)IUPAC對(duì)方法檢出限確定較通用的做法是測(cè)試方法空白溶液5～20次然后取標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為方法檢出限。本實(shí)驗(yàn)取11次平行測(cè)定空白溶液的結(jié)果，按空白溶液標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍計(jì)算各元素的檢出限，列于表4。與樣品測(cè)試要求的各元素限值對(duì)比，各元素方法檢出限遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于各元素限值，表明本測(cè)試方法的方法檢出限完全滿(mǎn)足測(cè)試要求。

表4　方法檢出限

2.5精密度和加標(biāo)回收試驗(yàn)

往空白基體添加標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照分析方法進(jìn)行和樣品同樣的前處理過(guò)程制得待測(cè)溶液，按工作條件對(duì)7個(gè)配制溶液進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果列于表5。從表5可見(jiàn)，測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均小于5%，說(shuō)明本方法精密度高，重現(xiàn)性好；加標(biāo)回收率在95.0%～102.7%之間，表明本方法回收率好，準(zhǔn)確度高。本方法精密度和準(zhǔn)確度能滿(mǎn)足測(cè)試要求。

表5　精密度、加標(biāo)回收率試驗(yàn) (n=7)

2.6樣品分析結(jié)果

按試驗(yàn)方法測(cè)定制備的2個(gè)平行樣品，測(cè)定結(jié)果按照公式 w(%)=CV/m (C為測(cè)定的樣品溶液濃度結(jié)果；V為樣品溶液體積；m 為樣品質(zhì)量) 換算成質(zhì)量分?jǐn)?shù)，列于表6。 測(cè)試結(jié)果表明，所有元素測(cè)試結(jié)果相對(duì)偏差在0.9%～4.8% 以?xún)?nèi)，全部小于10%，符合質(zhì)量控制要求，表明測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定、重現(xiàn)性好。

表6　樣品測(cè)定結(jié)果

續(xù)表6

Mn0.3180.3120.3151.3Ti0.2600.2540.2571.6Si0.1880.1910.1891.1Nb0.00730.00740.00740.9Ta<0.006<0.006<0.006/Mo0.00720.00690.00713.0Co0.00620.00580.00604.8Cu0.00230.00220.00232.9

3　結(jié)　論

本實(shí)驗(yàn)用微波消解法制備樣品，用電感耦合等離子體光譜法測(cè)定了鎳基合金中9種微量元素，方法的精密度好、準(zhǔn)確度高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)意。樣品處理和測(cè)定過(guò)程相對(duì)傳統(tǒng)方法簡(jiǎn)便快速，適合于樣品量大的日常生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控中成分測(cè)定。

[1]葉曉英, 李帆. ICP-AES測(cè)定鎳基高溫合金中主量與雜質(zhì)元素分析技術(shù)[J]. 材料工程, 2002(12):23-24.

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Determination of 9 Trace Elements in Nickel-base Superalloy by ICP-OES

PENGMing-bin

(Valinox Nuclear Tubes(Guangzhou) Co.,Ltd., Guangdong Guangzhou 511455, China)

A test method for determination of 9 trace elements in nickel-base superalloy by ICP-OES(Inductively Coupled Plasma Optical Emission) was established. Sample solutions were prepared by 0.2 g sample with 3:1 volume ratio of concentrated hydrochloric acid and concentrated nitric acid in microwave digestion instrument. Standard solutions were prepared by matrix matching method, and after resting, linear correlation coefficient of each element was greater than 0.999. Method detection limit of each elements in this method were 0.26 mg/L to 0.005 mg/L. Performing tests according to this test method,the relative standard deviation of each element was less than 5%, and the recovery were 95.0% to 102.7%.Test results indicated that the precision and accuracy of this method were good and can meet the analysis requirement.

ICP-OES; nickel-base superalloy; trace elements

彭明斌(1985-)，男，實(shí)驗(yàn)室工程師，主要從事實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

O657.31

B

1001-9677(2016)03-0118-03