快速、精确度较高的火花直读光谱法在铝合金成分分析中得到广泛应用,但是该法也有其缺点:(1 )发射谱线只能提供很窄的线性范围;(2)随着铝合金材料的不断发展,为提高合金的性能需在 合金中添加新的元素,由于火花直读光谱法采用固定狭缝,需在仪器上增加元素通道;(3)火花 直读光谱法大部分使用光电倍增管作为检测器,每个元素可选用的谱线有限,因此元素间的谱线干 扰很难消除;(4)火花直读光谱法受合金的状态影响很大,特别是含量较高的元素,容易造成较 大的系统偏差。在火花光谱法之后开发的电感耦合等离子体(ICAP)发射光谱法,是一种很有 价值的分析技术。ICAP所发射的谱线有很宽的线性范围,由于是液体进样,金属样品被酸分解 成非常均匀的液体,雾化系统进一步使样品均匀化,因此可获得极高的测量精度。本试验以5×× ×系合金中各元素、4×××系铝合金中的硅元素及铝合金中微量硼元素为例进行试验,介绍电感耦合等离子体发射光谱仪在铝合金成分分析中的应用。1试验1.1仪器及参数美国热电公司生产的IRISAdvantage ER/S ICP-AES全谱直读等离子体发射光谱仪。采用垂直火炬;0.38 m驱气型中阶梯光栅分光系统,52.6线/mm中阶梯光栅,波长覆盖175 nm~1 050 nm;电荷注入器件(CID)固体检测器;可拆卸炬管,计算机控制气流和四通道蠕动泵,自动点火;直接耦合式RF发生器,频率27.12 MHz,最大功率2 kW,自动功率控制,自动调谐;内置冷却循环装置。1.2分析参数冲洗时间,30 s;积分时间,低波段10 s或15 s,高波段5 s或10 s;泵速,1.85 mL/min或2.4 mL/min;雾化器压力,207 kPa或193 kPa;辅助气流量,0.5L/min;功率,1 150 W。1.3试剂及标准样品(1)盐酸-硝酸混合酸:将浓盐酸300 mL与浓硝酸50 mL混合,加入350 mL水混匀;浓盐酸、浓硝酸均为化学纯。(2)盐酸-硝酸混合酸:将浓盐酸300 mL与浓硝酸50 mL混合,加入350 mL二次蒸馏水混匀;浓盐酸、浓硝酸均为优级纯。(3)盐酸-硝酸混合酸:将浓盐酸100 mL与浓硝酸300 mL混合,加入400 mL水混匀;浓盐酸、浓硝酸均为化学纯。(4)氢氧化钠溶液(40%)。(5)
标准样品:由于 铝合金中各系基体相差较大,因此应尽量选用相应的标准样品制作校准曲线。本试验选用国家级或部级标准样品制作工作曲线。1.4样品处理方法(1)5×××系铝合金的处理称取0.2000g试样于烧杯中,加入25 mL盐酸-硝酸混合酸<1.3节(1)>,加热溶解,溶解完全后冷却,移入250 mL容量瓶中(如混浊则过滤),以水稀释至刻度,混匀,待测。(2)4×××系铝合金的处理称取0.1000 g试样于银烧杯中,加10 mL氢氧化钠<1.3节(4)>,加热溶解,溶解完全后移入盛有30 mL盐酸-硝酸混合酸<1.3节(3)>的烧杯中,继续加热至沸,冷却,移入500 mL容量瓶中,以水稀释至刻度,混匀,待测。(3)铝合金中微量硼的处理称取1.0000 g试样于石英烧杯中,加入30 mL盐酸-硝酸混合酸<1.3节(2)>加热溶解,溶解完全后冷却,移入100 mL石英容量瓶中(如混浊则过滤),以二次蒸馏水稀释至刻度,混匀,待测。1.5校准曲线称取 相应量的标准样品及高纯铝按样品处理方法溶解,以高纯铝溶液为空白,在待测元素分析线处进行 多点线性校准,浓度范围及相关系数如表1。表1校准曲线元素分析线/nm浓度范围/%相关系数B249.773 0.00001~0.001 0.999990Si 251.612 0.15~15 0.999991Fe 259.940 0.01~1.4 0.999993Cu 324.754 0.02~0.4 0.999819Mn 257.610 0.01~1.25 0.999988Mg 285.213 0.1~11 0.999917Cr 283.563 0.03~0.5 0.999859Ni 231.604 0.01~0.2 0.999989Zn 213.856 0.02~2.0 0.999916Ti 334.941 0.02~0.3 0.999857Be 313.042 0.0005~0.005 0.999563Ni 231.604 0.002~0.2 0.9993992结果与讨论2.1精密度及准确度根据样品处理方法,选取三种标准样品进行精密度及准确度试验,结果如表2、表3和表4。表2 4×××系铝合金中硅的分析精密度及准确度编号w(Si)/%编号w(Si)/%编号w(Si)/%1 11.82 2 11.75 3 11.714 11.75 5 11.79 6 11.757 11.72 8 11.71 9 11.7710 11.68 11 11.80 12 11.7513 11.82 14 11.79 15 11.8216 11.79 17 11.79 18 11.7719 11.80 20 11.83 21 11.9222 11.87 23 11.77 24 11.8025 11.83 26 11.83 27 11.8428 11.83 29 11.81 30 11.8631 11.82 32 11.84 33 11.8534 11.82 35 11.82 36 11.78标准值w(Si)/%11.75平均值w(Si)/%11.797相对标准偏差RSD/%0.4175表3 5×××系铝合金中元素的分析精密度及准确度元素Fe2599 Cu3247 Mn2576 Mg2852 Cr2677 Ni2316 Zn2138 Ti3349 Be3130标准值/%0.248 0.033 0.742 6.62 0.022 0.034 0.111 0.021 0.001460.249 0.0327 0.742 6.626 0.0210 0.0351 0.104 0.0204 0.001470.250 0.0330 0.743 6.633 0.0213 0.0351 0.106 0.0204 0.001470.250 0.0330 0.741 6.615 0.0209 0.0351 0.105 0.0205 0.001460.251 0.0329 0.742 6.649 0.0210 0.0350 0.105 0.0204 0.00147分析值/%0.251 0.0327 0.741 6.623 0.0210 0.0350 0.105 0.0204 0.001450.249 0.0324 0.738 6.588 0.0205 0.0346 0.105 0.0203 0.001460.250 0.0329 0.743 6.627 0.0206 0.0350 0.106 0.0206 0.001470.252 0.0330 0.745 6.623 0.0208 0.0351 0.106 0.0206 0.001480.251 0.0333 0.746 6.630 0.0208 0.0352 0.106 0.0206 0.00148平均值/%0.250 0.0329 0.742 6.624 0.0209 0.0350 0.105 0.0205 0.00147RSD/%0.400 0.772 0.310 0.247 1.14 0.490 0.635 0.545 0.657表4铝合金中微量硼分析的精密度及准确度编号分析结果μg/mL编号分析结果μg/mL编号分析结果μg/mL1 0.780 2 0.718 3 0.9004 0.852 5 0.809 6 0.7427 0.828 8 0.718 9 0.86510 0.851 11 0.858 12 0.80513 0.945 14 0.902 15 0.91216 0.994 17 0.858 18 0.81019 0.930 20 0.830 21 0.72622 0.890 23 0.825 24 0.83325 0.823标准值/(μg·mL-1)0.84平均值/(μg·mL-1)0.840相对标准 偏差RSD/%8.402.2方法对比试验从日常的生产中抽取一定数量的试样,采用国标GB /T6987-2001《铝及铝合金化学分析方法》中的硅和镁的测定方法,对合金中的主元素 如硅和镁测定,并与ICAP测得的结果对比,对比结果很满意。2.3分析线的选择同一元素一 般选择分析灵敏度高的2条~3条分析谱线。选择分析线时最好先对所分析的试样作定性分析,以 了解试样中所含的元素,便于在选择分析线时避开干扰元素。如分析5A33、5A01合金时,因合金中含有锆元素,锌元素的分析线不能选用Zn334.502nm,因为锆元素在334.479 nm处有一条谱线干扰锌的分析。2.4试剂的选择使用ICAP分析铝合金时,通常采用盐酸-硝 酸混合酸分解试样,若单独使用稀硝酸或稀盐酸,试样分解速度慢,且有些元素如铜,盐酸无法分 解。铝合金中的硅不溶于酸,因此无法测定硅的含量,通常采用碱溶酸中和分解试样,引进大量可 溶盐类,样品在分析前必须高倍稀释,提高了定量下限;过量的易电离钠元素引入引起基体效应; 成分复杂的试剂产生多种类型的多原子离子干扰。碱溶酸中和分解试样要注意样品溶液的溶解固体总浓度不高于1mg/mL,否则极易造成雾化器中心毛细管堵塞或部分堵塞,可观察到光谱信号逐渐衰减。全谱直 读ICAP发射光谱仪在铝合金成分分析中的应用@刘双庆$东北轻合金有限责任公司研发中心!黑龙江哈尔滨150060
@李姿飏$东北轻合金有限责任公司研发中心!黑龙江哈尔滨150060电