ICP-OES法测定硅锆合金中铝、锆、钙元素

杜莎

摘要：采用电感耦合等离子体发射光谱法测定硅锆合金中铝、锆、钙。以硝酸盐酸混合酸溶解处理试样，氢氟酸除硅，反应完全后，以高氯酸发烟赶尽氟离子，加盐酸溶解盐类。通过选择元素的分析线来优化测试条件，利用基体匹配法消除基体干扰。结果表明，铝、锆、钙元素的测定结果的相对标准偏差为0.40-1.37%，加标回收率99.8%-100.8%。该法能够满足日常分析中对硅锆合金中铝、锆、钙含量测定的需要。

关键词：硅锆合金 ICP-OES法 铝 锆 钙

硅锆合金在冶金、铸造等行业中应用广泛，是炼钢优质的复合脱氧剂，具有脱氧、脱硫、脱磷等作用。我单位在炼铁中也广泛应用硅锆合金。但是，目前硅锆合金中铝、锆、钙的检验都采用湿法检验，该过程复杂，耗时长，且目前尚没有电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）法测定的国家标准。

电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）法测定范围宽、检出限低、可以同时测定多元素，在合金分析中得到广泛应用^[1]，作者采用ICP-OES法对硅锆合金中铝、锆、钙进行测定，优化了测试条件，确定了方法的精密度和回收率，测定结果准确、可靠。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

等离子体原子发射光谱：ICP6500，美国热电公司；

铝标准溶液、锆标准溶液、钙标准溶液：质量浓度均为1000μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心；

实验所用盐酸、硝酸、硫酸、磷酸等试剂为优级纯；

实验用水为去离子水。

1.2 仪器工作参数

RF功率：1150W；积分时间：短波15s,长波：5s ；泵速：50r/min；辅助气流量：0.5L/min；雾化器气体流量：0.7 L/min；样品提升率：1.5 mL/min。

1. 3. 实验方法

1.3.1 样品制备

称取0.5000克样品，置于250mL聚四氟乙烯烧杯中，加入10mL水、10mL硝酸，逐滴加入5mL氢氟酸，在电热板上加热溶解，待试样全部溶解后，加入5mL盐酸，再加热至样品完全溶解至透亮。加8mL高氯酸低温发烟，至溶液还剩2—3mL时，拿下冷却至室温，加20mL（1+1）盐酸溶解盐类，将溶液转移至100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

1. 3. 2. 标准工作曲线的绘制

称取0.1克高纯铁5份，分别置于200mL聚四氟乙烯烧杯中，按样品制备方法将其溶解，冷却至室温，将溶液转移至100mL容量瓶中，按表1加入待测元素的标准溶液，用水稀释至标线，混匀。利用ICP发射光谱仪测定各元素的发射强度，绘制标准工作曲线。

表1 系列标准工作溶液的配制

分析元素		浓度/（μg/Ml-1）	加入体积/mL
			1#	2#	3#	4#	5#
Al	1000		0	5.0	8.0	10	15
Zr	1000		0	5.0	8.0	10	15
Ca	1000		0	5.0	8.0	10	15

2 结果与讨论

2.1 样品前处理方法

为了便于测定硅锆合金中铝、锆、钙等元素，采用先用硝酸和氢氟酸作为试样溶解用酸，使所有元素均溶解于试样中，其中样品中的硅以四氟化硅状态存在，再加入盐酸高温溶解不溶物同时使四氟化硅挥发出，经过高氯酸低温发烟后，溶液中多余的氟离子被赶尽，试液以固体盐类的形态存在，冷却后再加稀盐酸加热以溶解盐类。结果表明，该方法样品溶解完全，后续测定时元素的发射光谱强度稳定。

2.2 分析条件

2.2.1 分析谱线的选择

ICP-OES测量过程中最主要的影响因素是光谱干扰，由于每种元素都有数条谱线可供选择，所以，选择分析线时应遵循谱线干扰小、灵敏度高、背景低的原则。表2列出了本实验中3种元素的高灵敏度谱线^[2]，以及有可能存在的干扰元素。

表2 各元素的分析线及干扰元素

分析元素	波长/nm	干扰元素
Al	396.153	Ce、U
Zr	343.823	Sm、Hf
Ca	317.933	Ru

由表2可知，选择以上谱线干扰较小，谱线灵敏度高、背景低。

2. 2. 2. 基体干扰的消除

试样经混合酸消解后，溶液中主要成分为铁，因此需要考察铁含量对待测元素的影响。配制质量浓度均为50μg/mL的铝、锆和钙标准溶液，各加入不同量的铁，在选定的分析波长下进行测定，测定结果分别见表3.由表3可知，溶液中大量存在的铁对待测元素的测定结果有一定的影响，随着铁含量（0%-30%）的增加，铝、锆和钙的测定浓度均高于标准值，变化幅度基本一致。因此根据试样中铁的含量范围配制基体相似的校准溶液，可以消除基体的干扰。同时使用耐高盐的雾化器与进样系统，可以防止结盐产生的记忆效应^[3]。

Fe质量分数/%	Al测定浓度/（μg/mL）	Zr测定浓度/（μg/mL）	Ca测定浓度/（μg/mL）
0	50.0	50.0	50.0
10	50.5	50.6	50.5
20	51.1	50.9	51.0
30	52.1	51.8	51.9

表3 铁基体的影响

2.2.3背景干扰的消除

背景的存在会使分析线信号测量值产生正的偏离，背景发射强度总是叠加在分析线发射强度上，使分析结果准确度变差。离峰扣背景法是在离峰位置测量背景强度，从而达到扣除背景干扰的目的。在本次检测中，铝、锆、钙元素均采用非峰值背景测量校正法，把分析线近旁的强度作为背景来校正。

2. 2. 测量精密度与回收率

按照1.3实验方法对硅锆合金试样进行连续10次测定，然后进行加标回收试验，回收率与精密度结果见表4.由表4可知，铝、锆、钙元素的加标回收率在99.8%-100.8%之间，测定结果的相对标准偏差在0.40-1.37%之间，满足分析要求^[4]。

表5 精密度和加标回收率(n=10)

分析元素	标准值	加标量	测定值	回收率	RSD %
Al	1.800	1.00	2.798	99.8	1.21
Zr	1.000	1.50	2.512	100.8	0.40
Ca	1.350	1.00	2.351	100.1	1.37

3 结束语

利用ICP-OES法测定硅锆合金中的铝、锆和钙元素，方法简便、稳定，具有良好的准确度和精密度，满足化学成分分析的要求。

参考文献：

[1] 胡玉，唐本玲.电感耦合等离子体光谱法测定镍基高温合金中的硅、锰、铬[J]。化学分析计量，2011,20（4）：54-56.

[2] CSM 07 06 40 07-2003 金属功能材料-锆含量的测定-电感耦合等离子体原子发射光谱法.

[3] 辛仁轩.等离子发射光谱分析[M].2版.北京：化学工业出版社，2011.

[4] GB/T20125-2006 低合金钢-多元素含量的测定-电感耦合等离子体原子发射光谱法[S].