ICP_AES光谱仪测定铝合金中硼含量的方法.docx

ICP2AES 光谱仪测定铝合金中硼含量的方法Method of determining B in al uminium alloy by ICP2AES spectrometer刘双庆 ,郭静 ,王英琦L IU Shuang2qing , GUO J ing ,WAN G Ying2qi(东北轻合金有限责任公司 ,黑龙江 哈尔滨 150060)摘要 :电感耦合等离子体发射光谱仪具有线性宽 、检出限低 、干扰小等特点 ,广泛应用于各种材料的分析检测 。通过试验选择适当的试验条件 、分析谱线 、分析参数对铝合金中硼元素的测定进行了研究 ( w (B) 010003 %) ,从而建立 快速准确的分析方法 。关键词 :铝合金 ;标准样品 ;校准曲线 ;精密度 ;准确度中图分类号 : TG155133文章编号 :1007 - 7235 (2008) 05 - 0038 - 02文献标识码 :B硼元素在核工业用铝合金材料中是有害杂质 ,必须严格控制其含量 。而目前在铝合金中 w (B) 010003 %情况下主要采用姜黄素光度法测定其含量 ,此方法对试剂纯度要求高 ,所使用的试剂需蒸馏提 纯 ;必须使用专用的器皿 ,以避免污染 ; 分析步骤繁琐 ,对操作人员的素质要求较高 ,操作难度大 ; 分析 周期长 。电感 耦 合 等 离 子 体 ( ICAP) 发 射 光 谱 仪 ( ICP2AES) 具有很宽的线性范围 , 干扰小 , 低 检 出 限1 - 2 。 通过试验使用 ICP2AES 测定铝合金 中 的 硼 时 , 其 检 出限可达到几个 ppb (10 - 9 ) ,完全可以作为低硼铝合金中硼的一种分析手段 。本文研究利用 ICP2AES 光谱仪测定铝合金中 w (B) 010003 %的分析方法 。用 TEVA 分析软件 。(4) 氩气 : 氩气纯度应大于 9919 % ,以提供稳定 清澈的等离子体炬焰 。1 . 2标准样品及试剂(1) 标准样品 :LT21LT24 铝合金系列标准样 、 纯铝标 准 样 品 ( 西 南 铝 业 ( 集 团 ) 有 限 责 任 公 司生产) 。(2) 盐酸2硝酸混合酸 : 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 。1 . 3选用的谱线IRIS Advantage ERS ICP2AES 采用电荷注入器件(CID) 作为检测器 ,可选用的分析谱线较多 。本试验 选用 B2491773 nm 作为分析线 ,但在此波长处测定硼时铁元素干扰较大 ,必须扣除铁的干扰 。1 . 4分析参数(1) 冲洗时间 :30 s 。(2) 积分时间 :低波段 10 s 或 15 s ,高波段 5 s 或10 s 。(3) 泵速 :1185 mLmin 或 214 mLmin 。(4) 雾 化 器 压 力 : 30PSI ( 21 104 Pa ) 或 28PSI (196 103 Pa) 。(5) 辅助气流量 :015 Lmin 。(6) 功率 :1 150 W。1 试验方法1. 1仪器及材料(1) 电感耦合等离子体发射光谱仪 : 美国热电公 司生产的 IRIS Advantage ERS ICP2AES 全 谱 直 读 等离子体发射 光 谱 仪 ; 垂 直 火 炬 ; 波 长 覆 盖 175 nm1 050 nm ;直接耦合式 RF 发 生 器 , 频 率 27112 MHz ,最大功率 2 kW 。(2) 计算机系统 : 戴尔 P4 118 G256 M 计算机主 机 ,17 口寸显示器 。(3) 使用软件 : Windows2000 英文版操作系统 ; 专收稿日期 :2008 - 01 - 05第一作者简介 :刘双庆 (1969 - ) ,男 ,黑龙江哈尔滨人 ,工程师 。2008 ,Vol . 36 , 5轻合金加工技术LAFT391. 5样品处理方法称取 110000 g 试 样 于 石 英 烧 杯 中 , 加 入 30 mL盐酸2硝酸混合酸加热溶解 , 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. 6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 ,曲线的相关系数为 01999990 ,测 定范围 0100005010005 ,自动校正干扰元素的修正系数 IECsFe = 11036831 。33 . 1分析与讨论分析线的选择ICP2AES 光谱 仪 属 于 发 射 光 谱 , 谱 线 间 干 扰 较大 ,因此在选择分析线的基本原则是 : 尽量选用分析线附近谱线少的分析线 ,避开干扰线 。通过了解试 样中存在哪些元素 ,根据谱线表查找所使用的分析 谱线附近是否存在干扰元素的谱线 。铝合 金 中 硼 元 素 的 分 析 线 通 常 采 用 灵 敏 线B2491773 nm ,次灵敏线 B2081959 nm 、B1821641 nm 三 条谱 线 ,B2081959 nm 、B1821641 nm 在 紫 外 区 , 检 出限不能满足本试验要求 ,因此只能选用 B2491773 nm谱线 , 但 在 B2491773 nm 处 铁 线 干 扰 较 严 重 , 即 Fe2491782 nm 谱线几乎与 B2491773 nm 重合 ,采用干 扰元素校正系数进行校正 。3 . 2 背景干扰及扣除ICP 放电的背景干扰主要来自 : ( 1) 附随物电离 对电子密度和离子密度的影响而引起 电 子2离 子 复 合的连续 辐 射 增 强 ; ( 2) 富 谱 线 元 素 光 谱 中 谱 线 翼 展 。在试验中根据所使用的计算机操作软件 , 在计算机屏幕上显示各元素分析谱线的轮廓 ,用两点法 选择最佳的背景扣除点 ,在分析测定时仪器将自动 进行背景扣除工作 。在本试验中由于硼含量低 , 为了使分析方法有 较好的灵敏度 ,必须增加称样量 ,这样增大了基体效应的干扰 ,谱线背景干扰较大 ,因此必须扣除背景 。 在选择背景扣除点时应尽量选用相应的标准样品或 试样作背景扣除试验 ,背景扣除点尽量选与吸收峰 等距离的位置 。3 . 3 光谱干扰的消除一般来说 ,消除干扰的最好方法是把干扰物分 离出去 ,这样不但可以解决分析中的干扰问题 ,而且 大大降低了分析试液中的总固体溶解量 ( TDS) ,进一 步减小了基体效应的干扰 。但在许多情况下 , 由于 受到各种条件的限制 ,往往无法进行分离 。因此 ,稀释 、基体匹配和参量法成为 ICP 主要的消除干扰物 的方法 。由于硼含量低 ,称样量比较大 ,基体效应干 扰较大 ,因此在试验中要进行基体匹配 ,以消除基体 的干扰 。另外 ,在消除光谱干扰时 ,对于分析谱线与样品中其他谱线靠近或重合 ( 无法分开) 时 ,可采用干扰 元素校 正 系 数 进 行 校 正 。在 分 析 铝 合 金 中 微 量 硼 时 ,为了满足分析的灵敏度需选择B2491773 nm ,但(下转第 42 页)2 试验结果2. 1分析方法的精密度选取含量为 w (B) = 01000106 %的标准样品 ,按 样品处理方法分解试样 , 在 ICP2AES 光 谱 仪 上 进 行 多次测定 ,测得的结果见表 1 。从分析的数据可以看 出 ,此分析方法的精度较好 ,能够满足分析要求 。表 1分析方法的精密度序号分析结果%序号分析结果%序号分析结果%147101316192225平均值0100009201000101010000910100010901000097010000940100009501000106010001112581114172023260100010201000094010000960100011501000100010000880100009101000100010000950100009701000007497169369121518212427010000970100008801000088010000890100009001000092010000930100010801000096标准偏差 ( SD)相对标准偏差 ( RSD %)2. 2分析方法的准确度称取 11000 g 高 纯 铝 , 按 样 品 处 理 方 法 分 解 样 品 ,加入总量为 0184 mg 的硼标准溶液 ,此样品硼含 量为 w (B ) = 01000084 %做 回 收 试 验 , 结 果 如 表 2 。 从分析数据可以看出 , 使用 ICP2AES 光 谱 仪 测 定 铝 合金中的硼量回收率为 96 %105 % ,分析准确度较好 ,可以满足生产要求 。表 2分析方法的回收试验编号分析结果%编号分析结果%编号分析结果%147101316回收率01000082301000085201000082801000085101000083001000083025811141701000083301000082701000088001000085801000085201000085896 %105 %369121518010000860010000825010000865010000822010000845010000810LAFT轻合金加工技术2008 ,Vol . 36 , 542图 1 不同时效温度的抗拉强度图 2 不同时效温度下的剪切强度表 6丝材不同时效制度处理后的强度与标准要求比较138 170 175 180 185 时效制度(15) h(610) h(15) h(610) h(15) h(610) h(15) h(610) h(15) h(610) h性能Rm(Nmm - 2 )(Nmm - 2 )6891517977819111148646581455155625463728341553378333833481622721213513341426- 1318高出 标准值铆接合格率%0100100100100而变得粗大 ,当有大量 相时 , 软化很严重 , 强度很低 (185 ) 。另外 ,在此合金中应严格控制 Fe 含量 , Fe 容 易 形 成 AlFeMnSi 相 , 使 合 金 在 铆 接 时 容 易 开 裂 ,同时也影响其他性能 。分析该合金丝材在不同时效制度下表现出不同性能的 原 因 : B95合 金 的 主 要 强 化 相 为( MgZn2 )相 ,当 合 金 以 较 快 速 度 淬 火 后 , 较 低 温 度 时 效 时 (130 165 ) 形成近似球形的 GP 区 ; 时效时间延 长 , GP 区尺寸增 大 , GP 区 弥 散 在 金 属 晶 体 内 部 , 阻 碍了滑移 ,使合金强度升高 ; 在较高温度时效时 , 可 使 GP 区转化为过渡相 , 相为六方结构 , 在强度 最高时脱溶产 物 为 GP 区 及 部 分相 , 在 形 成相 时 ,合金虽然损失了一些力学性能 (约 10 %) ,但合金 的铆接性能和抗腐蚀性能得到了很好的改善 ;相 可在相当广的温度范围形成 ,加入 Cu 可提高 GP 区 稳定的温度范围 。时效时间延 长 或 温 度 升 高 时 , 相转变成平衡相,产生过时效 ,合金强度下降 ;时间 再延长或温度再升高时 ,平衡相 质点将发生聚集4结论B95合金丝材的淬火温度为 470 , 时效温度可根据不同需要进行选择 :当需要高的抗拉强度和剪切强度时 , 可选择 的时效制度为 130 138 保温 1 h10 h ;当用于铆钉时 ,满足现行标准性能要求的时效制度为 : 170 保温 1 h10 h ; 175 保温 1 h10 h ;180 保温 1 h5 h ;其时效参数范围宽 ,完全能够 满足生产需要 。(上接第 39 页)铁在 2491782 nm 处 有 一 条 谱 线 严 重 干 扰 且 无 法 分 开 ,因此在分析铝合金中硼时必须采用干扰元素校 正系数 ( IEC) 进行校正