ICP-OES法測定鎳基合金中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)

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ICP-OES法測定鎳基合金中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)測定鎳基合金中9種微量元素的測試方法。采用3:1體積比濃鹽酸和濃硝酸混酸通過微波消解儀消解0.2 g樣品制備樣品溶液。標(biāo)準(zhǔn)溶液通過基體匹配法制備，各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線線性相關(guān)系數(shù)大于0.999。本方法各元素的方認(rèn)檢測限在0.004 mg/L到0.30 mg/L之間。應(yīng)用本方法進(jìn)行測試，9種元素的相對標(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、線性范圍寬，可多元素同時(shí)測定的優(yōu)點(diǎn)[3]，目前已成為材料成分分析中常用的檢測手段。本實(shí)驗(yàn)采用ICP-OES法同時(shí)測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，簡單快速，測定結(jié)果令人滿意,滿足了現(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)級純)；濃硝酸(優(yōu)級純);

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；觀測方式為徑向觀測；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)行測定。

1.3.2工作曲線標(biāo)準(zhǔn)溶液制備

工作曲線標(biāo)準(zhǔn)溶液采取基體匹配法。稱取與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)儲備溶液逐級稀釋到所需濃度，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

金屬樣品采取敞開式電熱板加熱溶解較為常見，但操作流程不夠簡便，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)置過大導(dǎo)致壓力過高泄壓造成待測元素?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測定得到穩(wěn)定的結(jié)果。

2.2分析線的選擇

表2　各元素分析譜線波長

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

2.3標(biāo)準(zhǔn)曲線結(jié)果

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

表3　標(biāo)準(zhǔn)曲線結(jié)果

2.4方法檢出限

根據(jù)IUPAC對方法檢出限確定較通用的做法是測試方法空白溶液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。與樣品測試要求的各元素限值對比，各元素方法檢出限遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于各元素限值，表明本測試方法的方法檢出限完全滿足測試要求。

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程制得待測溶液，按工作條件對7個(gè)配制溶液進(jìn)行測定，結(jié)果列于表5。從表5可見，測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均小于5%，說明本方法精密度高，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)確度能滿足測試要求。

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)方法測定制備的2個(gè)平行樣品，測定結(jié)果按照公式 w(%)=CV/m (C為測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。 測試結(jié)果表明，所有元素測試結(jié)果相對偏差在0.9%～4.8% 以內(nèi)，全部小于10%，符合質(zhì)量控制要求，表明測試結(jié)果穩(wěn)定、重現(xiàn)性好。

表6　樣品測定結(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)果滿意。樣品處理和測定過程相對傳統(tǒng)方法簡便快速，適合于樣品量大的日常生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控中成分測定。

[1]葉曉英, 李帆. ICP-AES測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)室測試。

O657.31

B

1001-9677(2016)03-0118-03