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铝中间合金金属元素的ICP分析方法研究

ldx_8261

2022/11/07

原创大赛公告

摘要：通过试验，提出了用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）分析铝中间合金中的金属元素Zn、Ti、Si、Mg、Ni、Cr、Fe、Mn、Cu的分析方法，分析研究了样品的溶样条件，各元素选用的最佳分析谱线，以及光谱仪的工作条件。试验结果表明，该方法测定铝中间合金中的Zn、Ti、Si、Mg、Ni、Cr、Fe、Mn、Cu元素的分析误差及精密度满足GB/T20975.25-2008技术要求，分析结果令人满意，方法准确、快速，效率高。

关键词：ICP 分析谱线工作条件精密度

前言

随着铝产品在人们生活中的应用逐渐普及，人们对其产品质量的要求也越来越高，杂质元素的控制也越来越严。在铝行业，对铝中间合金成分的控制通常所采用的分析手段是化学分析和原子吸收光谱法，该分析方法是逐个对元素成分进行测定，分析流程长，比较繁琐，分析效率较低。因此，电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）是较为理想的分析设备，该设备主要用于对各类样品中主量、微量及痕量元素进行定性、半定量和定量分析。具有灵敏度高、精密度好、线性范围宽，无电极污染，可同时测定多种元素的优点。近年来，在冶金、地质、化工、环保等领域得到广泛应用。

铝中间合金是铝加工中重要的基础原料，为了控制铝加工中的杂质成分，需要对铝中间合金中杂质元素的含量进行分析。本文根据我公司生产情况，从分析样品的仪器、试剂、系列标准溶液、仪器工作条件和分析谱线等方面，分析研究铝中间合金中Zn、Ti、Si、Mg、Ni、Cr、Fe、Mn、Cu元素在ICP上分析的溶样条件、工作条件等，并建立测定铝中间合金上述元素的分析方法。

1、分析仪器

分析设备为美国PE公司生产的OPTIMA8000，频率40-68MHZ，功率1500W，波长范围165～850nm，检测器为CCD检测器。动态范围 3 10⁶，能准确分析出中量（1%以上）、常量（0.01%）和微量（1ppm以下）元素，及分析主量（50%以上）和常量（0.01%）元素的功能。精密度： 1ppm 混合多元素溶液，CV<0.5%。稳定性：1小时RSD<1%， 4小时RSD<2%。分辨率：在200nm处，像素分辨率：￡0.003nm。雾化器：标配耐HF酸耐高盐分的雾化器，耐： 50% (v/v) HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4，20% (v/v) HF，30% (w/v)NaOH以及30%的高盐样品，炬管为可拆卸式结构。

2、主要试剂

高纯铝（99.99%以上），盐酸、硝酸均为优级纯，多元素标准溶液，硅标准溶液。

盐酸（1+1）溶液：优级纯盐酸与水按1比1的比例进行配制；

硝酸（1+1）溶液：优级纯硝酸与水按1比1的比例进行配制；

混合酸：盐酸（1+1）溶液与硝酸（1+1）溶液按3比1的比例混合；

3、系列标准溶液

配制系列标准溶液浓度，建立工作曲线（见表1）。

表1 系列标准溶液浓度
系列标准溶液浓度（ug/ml）
0
1
5
10
多元素标液体积（ml）
0
1
5
10
Si标液体积（ml）
0
1
5
10
混合酸体积（ml）
8
铝基体体积（ml）
12.5

系列标准溶液的配制应保证所分析试样的结果，落在系列标准溶液所建立的曲线之内。

铝基体：用量需与称样量中的AL含量保持一致，使标液中各元素所处的环境和试样中元素的环境保持一致。

4、仪器工作条件

4.1光谱仪：读取时间1~5s；45s延迟时间，重复2次测量。

4.2取样器：等离子气体流量15L/min，辅助气体流量0.2L/min，雾化气流量0.55L/min，观测高度15mm，光源稳定延迟15s，试样流量2ml/min，冲洗时间45s。

5、元素分析谱线（见表2）

表2 元素分析谱线

元素

Si

Fe

Cu

Mn

Cr
分析线（nm）
288.158
239.562
324.754
259.373
283.563

元素

Ni

Ti

Mg

Zn

分析线（nm）
231.604
334.941
285.213
206.200

6、试验方法

称取标准样品0.2500g数份于250ml锥形瓶中，加入混合酸25ml，待剧烈反应停止后，放置在电热板上低温（250℃以下）加热至试样完全溶解，冷却至室温。然后将溶解完全的试样先定容至250ml的容量瓶中，根据铝中间合金中主元素含量大小再进行转移稀释。

6.1主元素含量为5%时，从定容好的250ml容量瓶的溶液中移取10ml试样体积，定容至100ml容量瓶中。

6.2主元素含量为10%时，从定容好的250ml容量瓶的溶液中移取5ml试样体积，定容至100ml容量瓶中。

6.3主元素含量为20%时，从定容好的250ml容量瓶的溶液中移取2ml试样体积，定容至100ml容量瓶中。

按照所选条件，同时测定Zn、Ti、Si、Mg、Ni、Cr、Fe、Mn、Cu元素的含量。

7、结果分析研究

7.1样品溶解条件选择

本方法的关键是样品的预处理，将铝中间合金样品转变为适合ICP分析的均匀溶液，使所有需要分析的元素都进入待测溶液中，同时要保证样品全部溶解，分析元素无损失，且溶液具有一定的稳定性。采用（1+1）盐酸溶解样品，样品中的Si元素溶解不完全，因此，采用混合酸溶解样品，能够保证样品中的待测元素溶解完全。另外，由于玻璃器皿的成分中含SiO₂，溶液在玻璃器皿中放置时间过长会析出Si，影响样品中Si元素的测定，所以，样品溶液定容好后应立即转移至塑料试剂瓶盛装溶液。

7.2非光谱干扰处理

在分析过程中，为了避免样品之间的交叉污染，每个样品分析完成后均使用电导率为18.25MΩ/cm的去离子水冲洗雾化室和进样管50s，保证上一个样品溶液分析完后没有残留，待全部样品分析完成，再使用3%硝酸溶液冲洗3-5分钟，消除雾化去溶干扰。

在样品预处理过程中，确保标准溶液酸度和样品溶液酸度的匹配，同时，由于铝中间合金中铝基体含量在80%以上，在标准溶液中应加入相应量的铝基体，消除基体的干扰。

7.3谱线干扰处理

与其他光谱仪相比较，ICP仍然存在着谱线干扰，通过对标样和试样中的Zn、Ti、Si、Mg、Ni、Cr、Fe、Mn、Cu元素分析谱线、谱图干扰情况，采用干扰校正、背景点调整等手段，确定了各元素的谱线为：Si288.158nm，Fe239.562nm，Cu324.754nm，Mn259.373nm，Cr283.563nm，Ni231.604nm，Ti334.941nm，Mg285.213nm，Zn206.200nm，并进行试验（见图1、图2）。

图1 元素分析谱图

图2 背景点图

7.4结果分析

对标样进行10次测定，计算标准偏差S和相对标准偏差RSD（见表3）。

表3 标准样品测定结果
项目
单位
平均值
S(%)
RSD(%)
Si
%
0.0706
0.0024
0.0338
Fe
%
1.1737
0.0015
0.0013
Cu
%
0.0004
0
0
Mn
%
0.0247
0.0003
0.0130
Mg
%
0.0031
0.0001
0.0184
Cr
%
0.0023
0.0002
0.0918
Ti
%
0.0224
0.0003
0.0134
Zn
%
0.0059
0
0
Ni
%
0.0030
0.0001
0.0195

试验结果表明，该分析方法对样品的测定误差在化学分析方法国家标准的允许差范围内。

8、结论

方法建立后能够快速、准确测定上述元素，克服了检测周期长、繁琐费时，效率低下的缺点，是测定铝中间合金快速、有效、准确的一种分析方法，提高了分析效率，同时，也满足了生产的要求。

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