兩種原子發(fā)射光譜法測定鋁合金中高含量銀的方法比較

(廣西南南鋁加工有限公司,南寧 530031)

鋁合金由于具有密度低、比強度高、耐腐蝕性能好等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于汽車、軌道交通、船舶、建筑以及航空航天等行業(yè)。鋁合金的熱穩(wěn)定性是一項很重要的指標(biāo),尤其對于航空航天業(yè),可在鋁合金中添加銀來改善鋁合金的熱穩(wěn)定性(如Al-Cu-Mg-Ag合金)。Al-Cu-Mg-Ag合金是一種以Ω 相為主要強化相的新型中溫高強耐熱鋁合金,其中添加的銀能增強此類鋁合金在200～250 ℃溫度下的抗強化相粗化能力,從而使其成為具有較高的沉淀硬化能力和熱穩(wěn)定性的航空結(jié)構(gòu)材料,而銀的添加量會影響該合金的組織和性能[1-4],因此,準(zhǔn)確測定鋁合金中銀的含量顯得尤為重要。

測定鋁合金化學(xué)成分的標(biāo)準(zhǔn)方法有光電直讀發(fā)射光譜法[5-6]和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)[7],但測定元素不包括銀。文獻中報道的測定鋁合金中銀含量的方法主要有ICPAES[8-9]、電位滴定法[10]及火焰原子吸收光譜法[11]等。ICP-AES是一種仲裁方法,但其檢測時間較長(3 h),不適合生產(chǎn)樣品的快速分析,而光電直讀發(fā)射光譜法具有檢測速率快、準(zhǔn)確、可多元素同時分析等特點,可用于生產(chǎn)樣品的快速分析,但未見有該法用于鋁合金中高含量銀測定的報道。

因此,本工作采用這兩種方法測定了鋁合金中的高含量銀,并對這兩種方法進行了比較,以期為鋁合金生產(chǎn)樣品中銀含量的測定及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供技術(shù)參考。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

MAXx型光電直讀發(fā)射光譜儀;iCAP 6300型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀;CDS 6132型車床;BSA124S-CW 型電子天平。

1 000 mg·L－1銀標(biāo)準(zhǔn)溶液(GSB G62039－90):介質(zhì)為5%(體積分?jǐn)?shù),下同)硝酸溶液,擴展不確定度U(k＝2)為4 mg·L－1。

銀標(biāo)準(zhǔn)溶液:100.00,10.00,1.00 mg·L－1,使用移液管吸取1 000 mg·L－1銀標(biāo)準(zhǔn)溶液10.00,1.00,0.10 mL 至100 mL 容量瓶中,用5%硝酸溶液稀釋至刻度,搖勻,得到100.00,10.00,1.00 mg·L－1的銀標(biāo)準(zhǔn)溶液。

基質(zhì)匹配銀標(biāo)準(zhǔn)溶液系列:分別取1.00 mg·L－1銀標(biāo)準(zhǔn)溶液0,10.00 mL,10.00 mg·L－1銀標(biāo)準(zhǔn)溶液10.00 mL,100.00 mg·L－1銀標(biāo)準(zhǔn)溶液5.00,10.00,20.00 mL 于6個100 mL 容量瓶中,各加入80 mL鋁基質(zhì)溶液(由高純鋁絲制備),用水稀釋至刻度,配制成0,0.10,1.00,5.00,10.00,20.00 mg·L－1的基質(zhì)匹配銀標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

鋁合金光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品:214/02,銀的認(rèn)定值為0.95%±0.03%;ALCAN 596-1,銀的認(rèn)定值為0.59%,標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.01%。

高純鋁絲純度為99.999%;117/02純鋁光譜標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),銀的認(rèn)定值為0.000 3%±0.000 1%;氬氣純度為99.999%;氫氧化鈉、硝酸均為優(yōu)級純;乙醇為分析純;試驗用水為去離子水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 光電直讀發(fā)射光譜法

氬氣輸入壓力0.6 MPa;光源激發(fā)參數(shù):沖洗時間3 s,預(yù)燃時間3 s,電弧時間3 s;高強度設(shè)定值2.00%。

1.2.2 ICP-AES

射頻功率1 150 W;垂直觀測高度12.0 mm;輔助氣流量0.5 L·min－1,霧化器氣流量0.5 L·min－1;沖洗泵轉(zhuǎn)速100 r·min－1,分析泵轉(zhuǎn)速50 r·min－1,分析泵穩(wěn)定時間5 s;背景扣除方式為自動扣除;銀檢測波長328.068 nm。

1.3 試驗方法

1.3.1 試樣的加工

使用車床車去原始塊狀樣品表面約1 mm 厚度的部分,過程中用乙醇進行冷卻潤滑,并將最后一刀車去的鋁屑收集起來用于ICP-AES分析。得到的光潔、平滑的塊狀試樣用光電直讀發(fā)射光譜法分析。用同樣的方法處理鋁合金光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品214/02和ALCAN 596-1。

1.3.2 試樣的測試

1)光電直讀發(fā)射光譜法 按照1.2.1節(jié)條件測定處理好的塊狀樣品中銀含量。

2)ICP-AES 稱取屑狀試樣0.20 g于250 mL聚四氟乙烯燒杯中,加少量水潤濕,加入200 g·L－1氫氧化鈉溶液6 mL,待劇烈反應(yīng)停止后置于電熱板上,300 ℃下加熱,邊加熱邊搖晃燒杯,待無明顯反應(yīng)后取下燒杯,稍冷,加入50%(體積分?jǐn)?shù))硝酸溶液25 mL,搖勻,繼續(xù)置于300 ℃電熱板上加熱,待溶液澄清后,取下冷卻,用水定容至500 mL。用同樣的方法溶解0.235 g高純鋁絲、鋁合金光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品214/02。按照1.2.2節(jié)條件測定其中銀含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 光電直讀發(fā)射光譜法分析條件的優(yōu)化

由于用光電直讀發(fā)射光譜儀默認(rèn)的2個分析條件Ag 2 328.068和Ag 3 328.068中的“高強度設(shè)定值”分別為1.00%和0.1%,而實際樣品中銀含量高于1.00%,且214/02標(biāo)準(zhǔn)樣品的認(rèn)定值(0.95%)也接近于設(shè)定值。為保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確度,在分析樣品或214/02標(biāo)準(zhǔn)樣品時,應(yīng)根據(jù)待測樣品的測定上限,將分析條件Ag 2 328.068中的“高強度設(shè)定值”設(shè)置在合理的區(qū)間內(nèi),而本試驗設(shè)置的“高強度設(shè)定值”為2.00%。

2.2 ICP-AES檢測波長的優(yōu)化

在可選擇銀的檢測波長224.641,243.779,328.068,338.289 nm 下,對基質(zhì)匹配銀標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進行測定,結(jié)果顯示,328.068 nm 處的靈敏度和信號強度均較好,因此試驗選擇銀的檢測波長為328.068 nm。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

以儀器自帶的二次擬合曲線進行光電直讀發(fā)射光譜法測定。按照1.2.2 節(jié)條件對基質(zhì)匹配銀標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進行測定,以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),其對應(yīng)的響應(yīng)強度為縱坐標(biāo)繪制ICP-AES的標(biāo)準(zhǔn)曲線。光電直讀發(fā)射光譜法和ICP-AES 的線性參數(shù)見表1。按照試驗方法連續(xù)分析11次純鋁光譜標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和鋁基質(zhì)空白溶液,以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(s)計算光電直讀發(fā)射光譜法和ICP-AES的檢出限(3s),所得檢出限結(jié)果見表1。

表1 兩種方法的線性參數(shù)及檢出限Tab.1 Linearity parameters and detection limits of the 2 methods

2.4 準(zhǔn)確度和精密度試驗

2.4.1 光電直讀發(fā)射光譜法

按照試驗方法分析鋁合金光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品ALCAN 596-1 和214/02,得到銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.59%,0.95%,與認(rèn)定值相同,說明本方法的準(zhǔn)確度較高。

按照試驗方法分析1 個生產(chǎn)樣品,平行測定11次,所得測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.5%。

2.4.2 ICP-AES

按照試驗方法對鋁合金光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品214/02分析3次,得到銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.95%,與認(rèn)定值相同,說明本方法準(zhǔn)確可靠。

按照試驗方法分析1 個生產(chǎn)樣品,平行測定11次,所得測定值的RSD 為1.2%。

2.5 樣品分析

按照試驗方法分析2個實際樣品,光電直讀發(fā)射光譜法和ICP-AES 所得銀含量的測定結(jié)果見表2。

表2 樣品分析結(jié)果Tab.2 Analytical results of samples%

由表2可知,兩種方法得到的樣品分析結(jié)果基本一致。

本工作采用光電直讀發(fā)射光譜法和ICP-AES等兩種方法測定了鋁合金樣品中的銀含量,兩種方法的測定值基本一致,且準(zhǔn)確度和精密度均較好。相比ICP-AES,光電直讀發(fā)射光譜法操作更簡單、檢測時間更短(10 min內(nèi))和成本更低,更能滿足熔鑄生產(chǎn)時快速檢測和及時調(diào)整化學(xué)成分的需要,具有較高的應(yīng)用推廣價值,可供鋁加工企業(yè)以及相關(guān)檢測和研究機構(gòu)參考。