電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定稀土發(fā)火合金中鐵、鎂、銅和鋅

萬曉東 ，冀克儉 ，趙華 ，李本濤 ，黃輝 ，李穎 ，鞏琛 ，郝淑杰

(1.中國兵器工業(yè)集團(tuán)第53研究所，濟(jì)南 250031； 2.中國兵器工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，北京 100089)

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定稀土發(fā)火合金中鐵、鎂、銅和鋅

萬曉東1，冀克儉1，趙華1，李本濤1，黃輝1，李穎1，鞏琛1，郝淑杰2

(1.中國兵器工業(yè)集團(tuán)第53研究所，濟(jì)南 250031； 2.中國兵器工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，北京 100089)

采用鹽酸輔以加熱的方式處理稀土發(fā)火合金樣品，以電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定稀土發(fā)火合金中鐵、鎂、銅和鋅含量。采用矩陣模擬實(shí)驗(yàn)優(yōu)化分析譜線，利用多點(diǎn)定標(biāo)校正曲線法計(jì)算測(cè)量結(jié)果。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，稀土發(fā)火合金中的基體元素對(duì)待測(cè)元素的測(cè)定結(jié)果無明顯影響，各元素在檢測(cè)范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均為0.999 9，方法檢出限為0.001～0.010 μg／mL。測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.10%～1.75%(n=11)，樣品加標(biāo)回收率在96.00%～104.05%之間。該方法簡(jiǎn)便、快速且具有較高的靈敏度，適用于稀土發(fā)火合金中鐵、鎂、銅、鋅等非稀土元素的測(cè)定。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法；稀土發(fā)火合金；鐵；鎂；銅；鋅

稀土發(fā)火合金由奧地利科學(xué)家馮·威爾斯巴赫于1903年最先研制成功。其主要含有鑭、鈰、鐠、釹等幾種稀土元素和鐵、鎂、銅、鋅等非稀土元素，燃點(diǎn)低，遇撞擊極易引燃點(diǎn)火，因此常被用于礦燈、曳光彈、炮彈引信以及噴火器點(diǎn)火裝置等，應(yīng)用前景十分廣闊［1］。稀土發(fā)火合金中稀土元素具有引燃作用，非稀土元素具有提高合金的耐磨、耐腐蝕性，穩(wěn)定發(fā)火性能等作用，鐵、鎂、銅、鋅等非稀土元素的含量變化會(huì)影響稀土發(fā)火合金的性能，因此準(zhǔn)確測(cè)定及控制稀土發(fā)火合金中鐵、鎂、銅、鋅的含量至關(guān)重要。

目前，有關(guān)鐵、鎂、銅、鋅的測(cè)定有較多有效的方法，如重鉻酸鉀測(cè)定鐵元素［2-4］，EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定鎂、銅、鋅元素［5-8］。但稀土發(fā)火合金中元素眾多，在采用以上方法測(cè)定時(shí)，需要消除合金內(nèi)其它元素的干擾。目前也有采用原子吸收分光光譜法測(cè)定鎂、銅、鋅等元素［9-10］，但此方法一般只能測(cè)定一種元素的含量，速度較慢。相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)定方法，電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-AES)法省去了繁瑣的處理步驟，減少了操作引起的測(cè)量誤差，可以同時(shí)測(cè)定多數(shù)的金屬元素及部分非金屬元素且穩(wěn)定性好，作為一種快捷、準(zhǔn)確的測(cè)定方法，逐漸得到了廣泛的應(yīng)用［11-15］。筆者采用ICP-AES法快速測(cè)定稀土發(fā)火合金中鐵、鎂、銅、鋅4種非稀土元素，該方法準(zhǔn)確可靠，靈敏度高且基體干擾小，對(duì)稀土發(fā)火合金中鐵、鎂、銅、鋅等非稀土元素的快速測(cè)定具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：iCAP-6300型，美國賽默飛世爾科技有限公司；

電子分析天平：New Classic MF型，感量為0.000 1g，瑞士梅特勒-托利多公司；

超純水制備儀：電阻率為18 MΩ·cm的超純水系統(tǒng)，美國密理博公司；

移液器：量值范圍分別為10～1 000，100～5 000 μL，德國艾本德公司；

鹽酸：優(yōu)級(jí)純，萊陽市雙雙化工有限公司；

水中Fe，Mg，Cu，Zn成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：1 000 μg／mL，編號(hào)依次為 GBW(E) 080535，GBW(E)080976，GBW(E) 080534，GBW(E) 080538，國防科技工業(yè)應(yīng)用化學(xué)一級(jí)計(jì)量站；

實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

分別準(zhǔn)確移取 0，0.5，1，2，4，6，8 mL 水中 Fe成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和 0，0.1，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mL水中Mg，Cu，Zn成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)于1#～7#100 mL容量瓶中，用水定容至標(biāo)線，搖勻，配制成鐵、鎂、銅、鋅系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，各元素的質(zhì)量濃度見表1。

表1 鐵、鎂、銅、鋅系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度 μg／mL

1.3 樣品處理

分別準(zhǔn)確稱取0.2 g(精確至0.000 1 g)稀土發(fā)火合金于3個(gè)50 mL燒杯中，加入2 mL水潤(rùn)洗，再緩慢滴入5 mL鹽酸，蓋上蓋玻片，置于加熱板上，于60℃條件下加熱60 min，待反應(yīng)完全后，冷卻至室溫，移入100 mL容量瓶中，用水定容至標(biāo)線，搖勻，備用。

1.4 儀器工作條件

RF功率：1 150 W；輔助氣流量：0.5 L／min；霧化器流量：0.65 L／min；觀測(cè)高度：12 mm；清洗時(shí)間：30 s；積分次數(shù)：3；曝光時(shí)間：30 s；進(jìn)樣系統(tǒng)：聚四氟乙烯；鐵、鎂、銅、鋅元素的分析波長(zhǎng)見表2。

表2 鐵、鎂、銅、鋅元素的分析波長(zhǎng)

1.5 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的繪制

開機(jī)后吸取適量水，待儀器穩(wěn)定2 h后，在1.4儀器工作條件下，依次吸取Fe，Mg，Cu，Zn系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，以各元素的質(zhì)量濃度X為橫坐標(biāo)，光譜強(qiáng)度Y為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析譜線的選擇

按照稀土發(fā)火合金樣品中各元素的配比，采用水中Fe，Mg，Cu，Zn成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制符合稀土發(fā)火合金內(nèi)部元素成分配比的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在1.4儀器工作條件下測(cè)定單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液。觀察鐵、鎂、銅、鋅在所選波長(zhǎng)下的子陣列圖，分別選擇各元素穩(wěn)定、靈敏度高且背景低的譜線作為稀土發(fā)火合金中元素分析譜線，結(jié)果見表2。

2.2 試樣溶液酸度的選擇

分別移取5 mL已處理的稀土發(fā)火合金樣品7份于7只100 mL容量瓶中，分別加入0，1，2，3，4，5，10 mL鹽酸，定容至標(biāo)線，搖勻，在1.4儀器工作條件下測(cè)定，考察溶液中鹽酸濃度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。結(jié)果表明，隨著酸度的增加，各待測(cè)元素的光譜強(qiáng)度無明顯變化，因此鹽酸酸度對(duì)測(cè)定結(jié)果無明顯影響，綜合考慮選擇酸度較小但不會(huì)造成試樣溶液中水解現(xiàn)象出現(xiàn)的酸度條件，選擇鹽酸加入量為5 mL。

2.3 共存元素的影響

稀土發(fā)火合金中有多種元素共存，因此在采用ICP-AES法測(cè)定稀土發(fā)火合金中鐵、鎂、銅、鋅含量時(shí)，應(yīng)充分考慮其共存元素對(duì)測(cè)量的影響。分別在樣品溶液中加入50 μg／mL的鑭、鈰、鐠、釹標(biāo)準(zhǔn)溶液，在1.4儀器工作條件下測(cè)定。結(jié)果表明，共存的鑭、鈰、鐠、釹等稀土元素對(duì)鐵、鎂、銅、鋅元素的測(cè)定無明顯影響。

2.4 待測(cè)元素之間的影響

用標(biāo)準(zhǔn)溶液配制已知濃度的目標(biāo)元素分析液，分別在系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中添加不同含量的鐵、鎂、銅、鋅元素進(jìn)行干擾試驗(yàn)，在1.4儀器工作條件下測(cè)定，結(jié)果表明，鐵、鎂、銅、鋅4種元素之間無明顯干擾現(xiàn)象。

2.5 工作曲線方程及檢出限

按1.5方法繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。對(duì)空白溶液連續(xù)測(cè)定11次，其測(cè)定值標(biāo)準(zhǔn)偏差的4倍(置信度大于99%)計(jì)算方法檢出限，各元素的線性范圍、線性方程和相關(guān)系數(shù)見表3。由表3可知，鐵元素的線性范圍為 0～80 μg／mL，鎂、銅、鋅元素的線性范圍均為0～10 μg／mL，說明各元素的線性范圍較寬；相關(guān)系數(shù)均為0.999 9，說明各元素的線性關(guān)系良好，滿足分析要求。

表3 線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限

2.6 精密度試驗(yàn)

分別準(zhǔn)確移取2，5，15 mL樣品溶液于3只100 mL容量瓶中，定容至標(biāo)線，搖勻，分別編號(hào)為1#，2#，3#。在1.4儀器條件下連續(xù)測(cè)定11次，計(jì)算鐵、鎂、銅、鋅4種元素測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 精密度試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，鐵、鎂、銅、鋅4種元素測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.10%～1.75%。說明該方法的精密度良好。

2.7 加標(biāo)回收試驗(yàn)

分別準(zhǔn)確移取5 mL樣品溶液13份，1份樣品溶液不加標(biāo)，測(cè)定鐵、鎂、銅、鋅元素的本底值；另外每3份樣品溶液為一組，于每組樣品溶液中分別加入一定量的鐵、鎂、銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液，在1.4儀器工作條件下測(cè)定，結(jié)果見表5。由表5可知，4種元素的加標(biāo)回收率為96.00%～104.05%，說明該方法的準(zhǔn)確度符合分析要求。

表5 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語

建立了測(cè)定稀土發(fā)火合金中鐵、鎂、銅、鋅等非稀土元素的ICP-AES法。該方法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠、精密度好，所選分析譜線干擾低，合金內(nèi)共存元素?zé)o明顯影響，適用于快速測(cè)定稀土發(fā)火合金中鐵、鎂、銅、鋅等元素。

［1］林河成.稀土發(fā)火合金材料的生產(chǎn)、應(yīng)用及市場(chǎng)［J］.稀土，2009，30(4)： 98-101.

［2］王素梅，王東杰，張翼明，等.重鉻酸鉀滴定法測(cè)定硼鐵合金中全鐵［J］.冶金分析，2014，34(6)： 68-70.

［3］李傳維，司新國，魯雄剛，等.三氯化鐵浸出-重鉻酸鉀滴定法測(cè)定鈦精粉還原產(chǎn)物中的金屬鐵［J］.冶金分析，2011，31(1)：40-44.

［4］謝英豪，余海軍，黎俊茂，等.重鉻酸鉀滴定法測(cè)定碳包覆磷酸鐵鋰中全鐵［J］.冶金分析，2014，34(4)： 51-55.

［5］牛翠英，沈敏，肖珊.鈣鋅鹽中鋅含量的測(cè)定-EDTA絡(luò)合滴定法［J］.中國井礦鹽，2010，41(3)： 30-32.

［6］劉和連，許方，黃海平. EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定黃銅中銅和鋅［J］.冶金分析，2015，35(5)： 70-73.

［7］劉建華，戴文杰，常歡. EDTA絡(luò)合滴定法聯(lián)合測(cè)定硅鈣鋇鎂合金中鈣鋇鎂［J］.冶金分析，2015，35(2)： 70-73.

［8］年紀(jì)強(qiáng)，陸娜萍，周強(qiáng)，等. EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定柱狀壓塊球化劑中金屬鎂［J］.冶金分析，2015，35(6)： 13-18.

［9］鄧冬莉，李芬，向敏婕，等.火焰原子吸收光譜法測(cè)定航空煤油中鉛錳鎂鋅銅［J］.冶金分析，2016，36(12)： 26-31.

［10］王生進(jìn)，張琳，劉春虎，等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定人發(fā)中銅、鋅、鈣、鎂、鐵［J］.中國無機(jī)分析化學(xué)，2016，6(1)： 69-72.

［11］石翠萍，劉木根. ICP-AES法直接測(cè)定鐠釹鏑合金中的主量成分和微量雜質(zhì)［J］.稀土，2006，27(5)： 80-82.

［12］李玉紅，郭乃妮，趙維，等.微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法測(cè)定茄子中礦物元素含量［J］.中國無機(jī)分析化學(xué)，2016，6(4)： 64-67.

［13］周西林，王嬌娜，劉迪，等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法在金屬材料分析應(yīng)用技術(shù)方面的進(jìn)展［J］.冶金分析，2017，37(1)： 39-46.

［14］于輝.電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定鋁鎂鈣合金中的鋁、鎂、鈣［J］.河北冶金，2014，36(10)： 72-73.

［15］鮑葉林，劉鵬宇.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICPAES）測(cè)定稀土鎂合金中鋯［J］.中國無機(jī)分析化學(xué)，2013，3(增 1)： 83-85.

Determination of Iron, Magnesium, Copper and Zinc in Rare Earth Pyrophoric Alloy by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

Wan Xiaodong1, Ji Kejian1, Zhao Hua1, Li Bentao1, Huang Hui1, Li Ying1, Gong Chen1, Hao Shujie2
(1. CNGC Institute 53, Jinan 250031, China;2. China Ordnance Industrial Standardization Research Institute, Beijing 100089, China)

The content of iron, magnesium, copper and zinc in rare earth ignition alloy was determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry(ICP-AES) with hydrochloric acid and heating. The analytical spectral lines were optimized by the matrix simulation experiment, and the result was calculated by multi-point calibration curve method. Under the optimum experimental conditions, the matrix elements in the alloy have no significant interference on the determination results of the elements. The elements to be measured within the detection range had good linear relationships. The correlation coefficients were 0.999 9, and the detection limits were 0.001-0.010 μg／mL. The relative standard deviations of the results were 1.10%-1.75%(n=11), and the recoveries of standard addtion were 96.00%-104.05%.The method is simple, rapid and sensitive. It is suitable for the determination of Fe, Mg, Cu, Zn and other non rare earth elements in rare earth ignition alloy.

ICP-AES; rare earth pyrophoric alloy; element content; Fe; Mg; Cu; Zn

O657.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-6145(2017)06-0075-04

10.3969／j.issn.1008-6145.2017.06.019

聯(lián)系人：萬曉東；E-mail： 972224527@qq.com

2017-09-30