ICP-AES法测定钛合金中钼铌铝铁硅

庞晓辉　高　颂　王桂军

(1.中航工业北京航空材料研究院，北京 100095；2.航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京 100095)



ICP-AES法测定钛合金中钼铌铝铁硅

庞晓辉1，2高颂1王桂军1

(1.中航工业北京航空材料研究院，北京 100095；2.航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京 100095)

摘要：介绍了用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)法测定钛合金中Mo、Nb、Al、Fe、Si元素的方法。样品采用盐酸、氢氟酸和硝酸溶解， 考察了钛合金基体和共存元素对待测元素的影响，确定了各待测元素分析线分别为Mo 202.031 nm 、 Nb 269.706 nm、Al 394.401 nm、Fe 239.562 nm、Si 251.611 nm。选定的待测元素分析线不受合金基体和共存元素的干扰,通过在校准曲线溶液中进行基体匹配消除基体的影响，通过加入内标控制测量波动，选择了仪器工作参数，进行了标准物质对照试验，试验结果与标准值相符，进行了加入回收试验，回收率在 90～110%之间，相对标准偏差小于6%。

关键词：钛合金；Mo、Nb、Al、Fe、Si；ICP-AES

1实验部分

1.1　仪器及工作条件

美国Perkin Elmer公司生产的Optima5300V型全谱直读电感耦合等离子体光谱仪。高频频率：40MHz；正向功率：1.1kW，观测高度：15mm，冷却气流量：12L/min，载气流量：0.8L/min，辅助气流量：0.2L/min；

分析元素谱线：

Mo 202.031nm 、 Nb 269.706 nm、Al 394.401nm、Fe 239.562 nm、Si 251.611 nm

1.2　试剂及标准溶液

盐酸、硝酸、氢氟酸均为优级纯，水为去离子水，基准钛纯度大于99.95%。

所用器皿烧杯为聚四氟乙烯材料，容量瓶为塑料容量瓶，各待测元素钼、铌、铝、铁、硅单标准储备液均为1.00mg/mL的国家标准溶液，国家钢铁材料测试中心制，使用时根据需要配制成适当浓度的混合标准溶液。

Y内标溶液，0.20 mg/mL。

称取0.1270 g氧化钇(Y2O3,质量分数不小于(99.99%)置于150 mL烧杯中，加入20 mL盐酸，低温加热至溶解完全，冷却后移入500 mL容量瓶中，补加15 mL盐酸，用水稀释至刻度，混匀。

无锡市“长江河道采砂管理合作机制”的参与单位分别为江阴海事局、无锡市地方海事局、无锡市水警支队、江阴市水上派出所、长航公安张家港派出所等。按照两部委关于“长江涉砂船只整治的要求”，无锡市有关部门协作联动，依法摸清了长江江阴段采砂船只情况。目前，长江江阴段共有5艘采砂船和41艘过驳吊机船登记入册，其中5艘采砂船为江阴籍采砂船主所有，已全部在指定的芦埠港闸口内集中停泊，接受统一管理。41艘过驳吊机船基本集中停泊在长江申港段水域内，全部证照齐全。

1.3　试验方法

1.3.1　试样溶液的制备

称取0.1000g试样于150mL烧杯中，加入10mLHCl， 1mL HF，1mL HNO3低温溶解(水浴控温70°C)，待试样完全溶解，冷却，加入Y内标溶液2.00mL，转移到100mL塑料容量瓶中用水定容，混匀待测。

1.3.2　校准曲线溶液的制备

分别称取0.08g纯钛4份，于4个150mL聚四氟乙烯烧杯中，分别加入适量待测元素钼、铌、铝、铁、硅的标准溶液，然后按试样溶液的制备步骤进行，配制成校准曲线溶液，校准曲线系列溶液浓度见表1。

表1　校准曲线溶液浓度　μg/mL

1.3.3　测量

在选定的仪器工作条件下上机测量，根据各元素校准曲线溶液的浓度和对应信号强度值，以待测元素浓度为横坐标,测得的强度为纵坐标绘制校准曲线,再测样品溶液的信号强度，根据校准曲线求得待测样品中元素含量。

2结果与讨论

2.1　样品溶解试验

(1)一般钛合金可以用稀硫酸溶解，也可采用盐酸加氢氟酸溶解或者硝酸加氢氟酸溶解，航标中ICP-AES方法处理钛合金采用硫酸溶解，加硝酸氧化的方法,但采用稀硫酸溶解钛合金样品时速度慢，溶解过程不易控制。经试验采用盐酸、氢氟酸加硝酸溶解钛合金效果较好，可很快溶解各类钛合金，另外本方法需要分析硅元素，硅与氢氟酸在高温时会生成四氟化硅气体挥发，因此溶解时需要控制温度在70°C以下，本方法采用10mLHCl， 1mL HF，1mL HNO3低温溶解方法进行样品处理。

(2)溶液酸度控制

溶液酸度的大小对ICP光谱仪谱线激发强度有影响，一般溶液酸度越大激发的谱线强度随之减弱，即酸效应，因此必须保持校准曲线溶液和样品溶液的酸度一致，本实验选择溶液酸度控制在10%左右，保证样品溶解时快速溶解完全。

2.2　分析线选择

选择各待测元素Mo、Nb、Al、Fe、Si的灵敏线数条，用各待测元素的单标准溶液(10μg/mL)和基体钛(1.00mg/mL)的单标准溶液在仪器上做谱图扫描，考察待测元素谱线受干扰情况，试验结果表明基体钛对低含量元素铁、硅有背景干扰，测量时校准曲线需用钛进行基体匹配，钼对铝、钛对铌的灵敏线有谱线干扰，经选择对比，最终确定待测元素的分析线和扣背景点，见表2。

表2　元素分析谱线及扣背景点　 nm

2.3　内标的选择

由于钛合金中待测元素含量较高，测量过程中受各种因素影响数据会有波动，因此需要加入内标元素对测量波动进行控制。本实验选Y作为内标元素，进行加入内标和不加内标测量数据的对比，分别处理6份同钛合金样品，选择加内标(Y内标溶液0.2mg/mL，加入2.00mL)和不加内标方式进行上机测量，试验结果(n=6)，见表3。

表3　内标对测量精密度的影响

结果表明加入可以改善测量的精密度，本实验采用加内标的方法。

2.4　检出限、回收率和相关系数

方法的检出限是选用的分析方法和所用仪器进行分析的重要技术指标，它表明该方法所能检测元素的最低浓度，在确定的仪器测量条件下，将标准曲线溶液引入光谱仪，以溶液浓度为横坐标，以发射的谱线强度为纵坐标绘制校准曲线，对空白溶液进行了11次测定，计算其标准偏差，以3倍的标准偏差为其检出限，方法的检出限，线性范围、相关系数见表4。

表4　检出限、线性范围和相关系数

2.5　加入回收试验和标准物质对照试验

取11份钛合金样品进行了加入回收试验，取钛合金标准物质做标准物质对照试验，试验结果见表5、表6。

表5　回收率和精密度

表6　标准物质(101101XTi1)对照结果

3结论

本方法采用ICP-AES法对含有高量钼的新型钛合金中钼、铌、铝、铁、硅元素的分析进行了研究，对钛合金样品的溶解、酸度的选择进行了试验。考察了基体和主量元素对待测元素的干扰情况，选定了分析线，优化了仪器的工作参数，进行了标准物质对照试验，测定结果与标准值相符；对钛合金样品进行了加入回收试验，回收率在 90～110%之间，相对标准偏差小于6%。结果表明本方法准确可靠，回收率、精密度满足分析的要求,能解决新型钛合金中高量钼的检测需求,已经应用于实际检测工作中。

参考文献

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Determination of Mo, Nb, Al, Fe and Si in titanium alloy by ICP-AES.

PangXiaohui1，2，GaoSong1,WangGuijun1

(1.AVICBeijingInstituteofAeronauticalMaterialsBeijing10095,China; 2.BeijingKeyLaboratoryofAeronauticalMaterialsTestingandEvaluation，Beijing100095,China)

Abstract:A method for determination of Mo, Nb, Al, Fe and Si in titanium alloy by ICP-AES was studied. The sample was decomposed with HCl，HF and HNO3.The analysis lines were Mo 202.031 nm, Nb269.706 nm,Al394.401 nm,Fe239.562 nm and Si251.611 nm, respectively，the effect of matrix and coexist elements on the determination were investigated, the instrument parameters were carried out. The determination results were in good agreement with standard reference material, the recovery rate was from 90 to 110%, the RSD was less than 6%.

Key words：titanium alloy；Mo, Nb,Al,Fe,Si；ICP-AES

收稿日期：2014-10-16

DOI:10.3936/j.issn.1001-232x.2015.02.009

作者简介：庞晓辉，男，1964年出生，技师，从事材料化学成分分析研究工作，E-mail:pangxiaohui136@sina.com。