卜兆杰　陶澤秀　王新梅　康 強　楊琪琪

(1 蘭州蘭石檢測技術有限公司，蘭州 730314；2 甘肅省機械材料表征與安全評價工程實驗室，蘭州 730314；3 甘肅省高端鑄鍛件工程技術研究中心，蘭州 730314)

前言

鈦合金具有強度高，密度小，耐熱性及抗蝕性能好等特點，在航空航天工業(yè)中獲得廣泛的應用。TC4鈦合金主要合金元素為Fe、Al、V，其含量范圍受到嚴格控制。國家標準中鈦合金各元素含量分析主要以濕法化學分析及原子吸收光譜法為主[1-3]。而濕法分析操作過程繁雜，耗時長，分離不易掌握，導致工作效率低。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法有靈敏度高、分析速度快、可同時分析多種元素等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應用于材料及環(huán)境化學分析中[4-8]。本文建立了ICP-AES法測定鈦合金TC4中Fe、Al、V元素的方法，比較了不同酸對試樣的溶解效率，以純鈦作為基體，選擇最佳分析譜線消除元素干擾，精密度及準確度均能滿足檢測要求。

1　實驗部分

1.1　儀器及工作參數(shù)

德國斯派克Spectro Blue全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀；耐氫氟酸進樣系統(tǒng)；氬氣純度>99.99%。

儀器功率1 400 W，冷卻氣流量12.00 L/min，輔助氣流量1.00 L/min，霧化氣流量1.00 L/min。

1.2　試劑及標準溶液

硝酸、氫氟酸(分析純)；純鈦：ωTi>99.99%；Al、V標準儲備溶液濃度為1 mg/mL，均購自國家標準物質(zhì)研究中心；Fe標準溶液濃度為0.1 mg/mL，由Fe標準儲備溶液(1 mg/mL，購自國家標準物質(zhì)研究中心)稀釋而成。

實驗用水為二次去離子水。

1.3　實驗方法

1.3.1樣品處理

稱取0.10 g(精確至0.000 1 g)樣品于聚四氟乙烯燒杯中，加入10 mL硝酸(1+1)及5 mL氫氟酸(1+1)，待試樣完全溶解后，轉(zhuǎn)移至100 mL塑料燒瓶中，用二次去離子水稀釋至刻度，搖勻待用。

1.3.2混合標準系列溶液

分別稱取6份0.100 0 g純鈦，按表1加入各待測元素溶液，加入10 mL硝酸(1+1)及5 mL氫氟酸(1+1)，待試樣完全溶解后，轉(zhuǎn)移至100 mL塑料燒瓶中，用二次去離子水稀釋至刻度，搖勻待用。

表1　標準溶液中各待測元素的加入量Table 1　Content of analytical elements instandard solution　/mg

1.3.3測定方法

按照選定的儀器工作參數(shù)，測定混合標準系列溶液分析譜線的強度。應用儀器軟件功能擬合出各待測元素的標準曲線。在相同實驗條件下，測得待測樣品譜線強度，由工作曲線求出樣品中各元素含量。

2　結(jié)果與討論

2.1　樣品溶解實驗

GB/T4698系列國家標準中鈦合金可以用稀硫酸溶解或采用稀鹽酸加氫氟酸溶解。而采用稀硫酸溶解試樣，反應速度極慢，溶解過程不好控制。并且硫酸黏度較大，會影響提升量和測量精密度，所以一般使用ICP-AES法測定時，應盡量避免硫酸的使用。利用10 mL硝酸(1+1)及5 mL氫氟酸(1+1)溶解鈦合金，低溫加熱2 min即可完全溶解試樣，故實驗采用硝酸與氫氟酸溶解鈦合金。

2.2　分析線的選擇

鈦合金TC4中Al、V為主量元素。選取待測元素的幾條靈敏線進行測定。Al 394.401 nm線沒有明顯干擾，但是強度值過高；V對鋁309.271 nm線存在側(cè)峰干擾，但通過合理扣除背景即可消除干擾，不影響測定結(jié)果；元素Fe在238.24 nm線均無明顯干擾；V自身譜線292.464 nm線對V 292.402 nm線存在側(cè)峰干擾，但通過合理扣除背景，即可消除干擾，不影響測定結(jié)果。實驗采用各元素分析線如表2所示。

表2　選用的元素分析線Table 2　Wavelength of analytical elements

2.3　工作曲線

按照儀器的工作條件對混合標準溶液系列進行測定，鐵的線性方程為y=136.84X+13.64；鋁的線性回歸方程為y=6 256.87X+36.52；釩的線性方程為y=13 666.67X+10.65，相關系數(shù)均大于0.999。

2.4　方法的精密度

采用本方法對一試樣重復測量10次，將分析結(jié)果進行統(tǒng)計，相對標準偏差在1.3%以內(nèi)，方法精密度較好，結(jié)果見表3。

表3　方法精密度實驗結(jié)果Table 3　Result of precision test 　/%

2.5　樣品分析結(jié)果對比

按測定方法，隨機選取3份TC4鈦合金，通過濕法化學分析與ICP-AES法比對，結(jié)果與化學法基本吻合，滿足國家標準GB/T4698系列中海綿鈦、鈦及鈦合金化學分析方法允許差要求，見表4。

表4　分析結(jié)果對照Table 4　Comparison of analytical result of sample　/%

2.6　加標回收實驗

取5份鈦合金標準樣品進行加標回收實驗，取鈦合金標準物質(zhì)對照實驗，實驗結(jié)果見表5。表5結(jié)果表明，樣品中鐵、鋁、釩的加標回收率分別在96.9%～105%，說明方法有較高的準確度。

表5　加標回收實驗Table 5　Rate of recovery　/%

3　結(jié)語

采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鈦合金TC4中Fe、Al、V含量。使用硝酸與氫氟酸溶解試樣，大幅縮短了溶樣時間，選定了各待測元素分析線，優(yōu)化了儀器的工作參數(shù)。精密度實驗表明，待測組分的相對標準偏差均低于1.3%(RSD，n=10)，方法能滿足國家標準鈦合金中的Fe、Al、V含量檢測的要求。

[1] 全國有色金屬標準化技術委員會(SAC/TC 243).GB/T4698.2—1996 海綿鈦、鈦及鈦合金化學分析方法 堿分離-EDTA絡合滴定法測定鋁量[S].北京:中國標準出版社,1996.

[2] 全國有色金屬標準化技術委員會(SAC/TC 243).GB/T 4698.12—1996海綿鈦、鈦及鈦合金化學分析方法 硫酸亞鐵銨滴定法測定釩量[S].北京:中國標準出版社,1996.

[3] 全國有色金屬標準化技術委員會(SAC/TC 243).GB/T 4698.2—2011海綿鈦、鈦及鈦合金化學分析方法 鐵量的測定[S].北京:中國標準出版社,2011.

[4] 賀小雙,薛曉康,林建.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定工業(yè)廢水中的顏料綠58[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(4):1-4..

[5] 龐曉輝,高頌,王桂軍.ICP-AES法測定鈦合金中鉬鈮鋁鐵硅[J].分析儀器(AnalyticalInstrumentation),2015(2):40-43.

[6] 朱麗,劉雷雷,孫寶蓮,等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定TB6鈦合金中的Al和V[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(4):80-83.

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[8] 劉爽,葉曉英,楊春晟.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定高純鋁中Fe、Cu、Mg、Zn、Ti[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(2):42-45.