ICP-OES测定金属钛中微量杂质元素钒铁铬锰铜

ICP-OES测定金属钛中微量杂质元素钒铁铬锰铜 ?50 ? 2012 年第 35 卷第 4 期 理化检验 ICP-OES 测定金属钛中微量杂质元素 钒铁铬锰铜 刘艳宾 攀钢集团钛业有限责任公司 摘 要以氢氟酸硝酸消解金属钛样品硫酸驱赶残余氢氟酸并络合高浓度钛在高钛基体存在下采用电感耦 合等离子体原子发射光谱法直接同时测定微量杂质元素钒铁铬锰铜方法优化了样品前处理方法以硫酸络合 反应解决钛易水解问通过基体匹配同步背景校正等技术措施降低硫酸等消解试剂和基体钛导致的基体效 应等物理干扰通过优选仪器测定参数和待测元素谱线消除基体元素钛对测定的光谱干扰背景影响等 方法准确可靠简单快捷检测限 0001,0005 回收率为900,1100相对偏差小于 257 n 8 校准曲线相关系数大于 09991 关键词ICP-OES 金属钛杂质元素钒铁铬锰铜 大于 99999 0 引言 高纯V O MnO CuFe K Cr O 并配制 2 5 2 2 2 7 金属钛用途广泛在航空航天航海车辆 成浓度 1 mgmL的单元素标准溶液 生物医学等军事与民用工业领域的应用迅猛发展 ICP 光谱仪高频发射功率 1150 W辅助气流 产品杂质控制指标严格ASTM B337-95 美国钛金 速Ar 15 Lmin蠕动泵泵速 55 rmin观察高度 属产品标准要求检测控制金属钛中V CrCuMn 119 mm雾化器压力 021 MPa测定积分时间 10 s 等元素过去美国ASTM 前苏联FOCT 日本JIS 波长大于260 nm 或 15 s 波长小于260 nm 以及我国航空工业部制定的钛金属分析方法多以 12 试验方法 重量法容量法库仑法和光度法等传统检测技术 称取 02500 g试样于 250 mL聚四氟乙烯烧杯 为主操作繁锁周期长[1-3] 目前运用AAS 中加入25 mL HF 5 mL HNO 10 mL H SO 11 3 2 4 ICP-OES等先进检测仪器测定金属钛中杂质元素的 加热溶解试样蒸发冒硫酸烟至溶液近干冷却后 分析方法正在逐步发展ICP-OES直接同时测定金 以适量水冲洗并加热煮沸溶解盐类至澄清冷却后 属钛中 0001,1的钒铜和0005,1的铬 定容 100 mL于 12 所述仪器工作参数下在ICP 锰铁的分析方法尚未见报道近年攀钢加快了钛 光谱仪上进行测定 产业发展力度为提高金属钛质量控制能力建立 13 工作曲线 了ICP-OES测定金属钛中微量杂质元素钒铁铬锰铜 高 纯钛粉按 12 试验方法消解处理成钛基试剂 的方法 溶液作为空白校准溶液和基体匹配底液加入待 测元素标准溶液配制与金属钛样品溶液具有相同基 1 试验部分 体试剂组成的系列工作曲线 11 主要试剂及仪器 2 结果与讨论 iCAP6300 型全谱直读等离子体原子发射光谱 仪美国赛默飞世尔公司石英玻璃同心雾化器 21 样品消解试验 和旋流雾室Elix 纯水机美国 Millipore 公司 样品消解并避免高浓度钛水解的影响是试验 优级纯HNO HF H SO 高纯金属钛粉Ti 重点结果表明 HF 可有 效消解金属钛但腐蚀 ICP 3 2 4 攀 钢 技 术 ?51 ? 仪器的玻璃雾化器和炬管笔者利用硫酸的高沸点 但是也有少数待测元素分析谱线受到基体钛 和络合特性高温蒸发除去 HF 并与钛生成稳定 高强度谱线的严重光谱干扰两峰完全重叠在待 络离子消除 HF 腐蚀作用并避免钛在试样溶液 测谱线检测积分区域根本无法分离此时测定得到 和测定中易水解难题 的是钛 干扰谱线与待测元素谱线强度的总和因此 优选了消解试剂组成配比和用量避免高沸 这样的元素谱线不能用作分析谱线如V 311071 点高密度高黏度的硫酸对测定造成酸度和基体 nm 受到 Ti 311067 nm 的严重干扰不能作为元素 效应等影响试剂由 25 mL HF 5 mL HNO3 10 mL 分析谱线优 选不受钛光谱干扰的 V 309311 nm 作 H SO 11 构成以蒸发冒硫酸烟驱除HF和过量硫 为 V 的分析谱线见图2 2 4 酸同时以残余硫酸络合稳定基体钛避免其水解 80000 Cu 324754 nm 实现高效完全地消解样品不腐蚀仪器设备而且 度 60000 Ti 324860 nm 具有硫酸用量少试剂空白本底低检测溶液酸度 强 号 信 40000 低盐类浓度小钛不水解等特点大大降低对ICP 左背景 右背景 20000 测定干扰提高分析准确性 22 光谱干扰试验和选择分析谱线 0 324713 324723 324733 324743 324753 324763 324773 324783 324793 波长nm 样品中Ti ?90钛原子发射谱线多信号强 度高共存组分复杂含量变化大因此掌握并消 图 1 Cu 324754 nm 光谱干扰 除钛基共存组分和试剂对测定的影响是方法试验 200000 V 311071 nm 的又一重点首先根据元素含量范围谱线灵敏 160000 度波长区域和坐标位置等条件进行初步筛选[1] 度 Ti 311067 nm 强 120000 然后逐一扫描制作并分析研究每条谱线的局部阵 号 信 80000 列谱线图试验表明多数元素的分析谱线未受基 右背景 40000 左背景 体Ti和其它共存组分的光谱干扰影响 0 虽然在少部分分析谱线附近出现了钛谱线旁 311032 311042 311052 311062 311072 311082 311092 311102 波长nm 峰但谱图清晰可见钛峰与元素测量峰完全分离 分析谱线检测积分区域没有重叠只需背景校正位 图 2 V 311838 nm 谱线干扰 置避开钛峰就可消除其影响如Cu 324754 nm 根据上述干扰实验选择了各待测元素分析波 Cu 327396 nm 和 Cu 213598 nm 分别受 Ti 32486 长和背景校正位置优选各待测元素分析谱线背 nm Ti 32744 nm 和 Ti 213572 nm 旁峰影响但仍 景校正位置和检测积分区域等分析控制条件消除 可用于测定 Cu因此根据谱线灵敏度以及受光谱干 或避免待测元素分析谱线受其干扰影响确保待测 扰影响情况优选了 Cu 324754 nm 作为 Cu 的分析 杂质元素检测结果的准确性见表 1 谱线见图 1 表 1 元素的分析波长和背景校正点以及相关系数 元素 波长 左背景校正点 右背景校正 点 积分区域pixel 校准曲线相关系数 nm pixel pixel Fe 239562 3 15 7 0999 3 Mn 293306 3 14 7 0999 1 V 309311 4 11 8 0999 3 Cr 283563 1 14 7 0999 5 Cu 324754 2 14 8 0999 2 23 分析线性范围试验 001,1w 001,1w ,001, Cr Mn 通过对校准工作曲线的线性范围实验表明所 1w 0001,1完全满足了测定金属钛 Cu 建检测方法具有较宽的线性动态范围各待测元素 样品中含量波动变化较大的各待测元素的需要而 的检测范围可涵盖w 0001 ,1w , 且分析方法 线性良好相关系数大于 09991 V Fe ?52 ? 2012 年第 35 卷第 4 期 24 精密度 法的精密度以 质量分数为 95 比例称取高纯钛粉 选用两个金属钛试样进行了方法精密度试验 并按照 12 试验方法进行样品消解处理成纯试剂钛 对每一个样分别进行 8 次独立的分析测定对测量 基体空白溶液对其平行测定 11 次取标准偏差的 结果进行统计处理计算出的相对标准偏差即为方 10 倍作为待测元素检测限见表 2 表 2 方法精密度 n 8 和检测限 n 11k 10 元素 金属钛样品 1 金属钛样品 2 检测限 测定平均值 相对标准偏差 测定 平均值 相对标准偏差 Cu 0131 257 0157 219 0001 Fe 0816 193 0866 158 0005 V 0934 123 106 0849 0001 Mn 0125 131 0106 170 0005 Cr 0255 189 0242 164 0005 由表 2 可见方法的精密度良好RSD 小于 同 一个样品两份并在样品消解处理之前仅在其 257 方法检测限较低其中CuV 的检测限为 中一 份样品中加入一定量标准溶液然后对两份样 0001Mn Fe Cr 的检测限为0005均满足 品进行消解检测 通过计算各元素的回收率来评 了微量痕量元素检测的需要 价方 法准确性结果见表 3 从表 3 可见回收率 25 回收率试验 为 900, 1100表明方法准确性高 另对 2 个金属钛试样进行回收率试验即称取 表 3 回收率试验 3 号试样 4 号试样 元素 加标前测得量 加标量 加标后测得量 回 收率 加标前测得量 加标量 加标后测得量 回收率 Cu 0034 0020 0056 1100 0160 0100 0255 950 Fe 0025 0020 0044 950 0782 0200 0975 955 V 0029 0020 0051 1100 0975 0200 118 1025 Mn 0028 0020 0049 1050 0131 0100 0223 920 Cr 0552 0200 0748 980 0237 0100 0340 1030 26 与钛合金标准样品结果进行对照 从 表 4 可见以本方法测定欧洲钛合金标准样品 由于金属钛样品目前没有标准样品方法选用 分析结果与标准值一致表明本方法准确可靠 基体组分与金属钛接近的钛合金国家标准样品进 表示该标准样品该元素未定值无标准值 行实际检测用以评价方法准确性结果见表 4 无法进行比较 表 4 分析结果对照 101XTi IARM 280A IARM 285A IARM 178B SRM1128 元素 Ti-4-4-2-05 Ti-6Al-2Nb-1Ta-1Mo Ti-6-6-2 理论值 测定值 理论值 测定值 理论值 测定值 理论值 测定值 理论值 测定值 Cr 00055 0006 0001 0005 0015 0019 296 306 Mn 0002 0005 0001 0005 0003 0005 V 0023 0022 0004 0005 556 554 1513 1525 Fe 0035 0032 0044 0041 0037 0035 056 0564 0134 0114 Cu 0003 0005 0008 0007 051 0507 过光谱干扰试验 优选了分析谱线背景校正位置和 3 结论 仪器参数等测定 条件结合运用基体匹配与同步背 以优化了配比及用量的氢氟酸硝酸和硫酸消 景校正法避免高钛基体光谱干扰和减少基体效应 解金属钛样品其方法简便快捷易掌握降低了试 影响方法精密度良好检测元素种类多范围宽 剂酸度盐类浓度等物理因素对测定的影响通 可用于直接同时测定金属钛中 0001,1的钒铜 攀 钢 技 术 ?53 ? 和 0005,1的铬锰铁分析方法实际应用效 提供了有力的检测手段 果良好为攀钢金属钛产品的生产控制和质量提高 参考文献 [1] 中华人民共和国航空工业部标准钛合金分析方法[S]HB 52975-84北京航空工业部第三〇一研究所出版198917-19 [2] 中华人民共和国航空工业部标准钛合金分析方法[S]HB 529710-84北京航空工业部第三〇一研究所出版Aviation ministry of industry 301th research institute publication 198932-34 84 [3] 吴全兴钛分析方法 上 [J]钛工业进展1998 3 30-32 [4] RKWingeVAFassleVJPetersonMAFloyd 电感耦全等离子体发射光谱图册北京中国光学学会光谱学会翻译汇编1986 [5] Thompson MWalsh J N符斌殷欣平译ICP 光谱分析指南[M]北京冶金工 业出版社1991 [6] 李冰杨红霞 电感耦合等离子体质谱原理和应用 [M]北京地质出版社2005 1-40 [7] 辛仁轩等离子体发射光谱分析[M]北京化学工业出版社2005 编辑 余文华 收稿日期2012-03-30 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 湖北省汽车用钢工程技术研究中心在武钢揭牌 6 月 19 日湖北省汽车用钢工程技术研究中心在武钢研究院揭牌成立湖北省科技厅副厅长周 爱清武钢集团公司总工程师傅连春出席仪式 湖北省汽车用钢工程技术研究中心落户武钢旨在以武钢为龙头与湖北省钢铁行业汽车行业一起 建立强大的科研资源平台大力提高全省汽车用钢创新能力形成具有自主知识产权的汽车用钢生产技术 通过研发高品质的汽车用钢产品进一步提高我国汽车行业装备制造行业的国际竞争能力近年来武 钢坚持科技引领创新驱动转型升级成效巨大研发体系不断优化完善研发力量不断壮大中央研 究院格局基本形成汽车用钢快速发展自主创新开发生产高级轿车用钢形成了七大系列 173 个牌号 的汽车板产品涵盖中国欧洲北美日本等多个标准体系对接各高端汽车厂的个性化标准实现汽 车整车全规格供料能力汽车板产品研发与应用研究试验分析技术日趋完善新增建设了热浸镀工艺冲 压成形工艺等 6 个专业基本形成了从理论研究中试试验物理分析与数值模拟应用特性研究 等综合分析技术为汽车板产品研发及应用提供了强大的技术支撑 傅连春在揭牌仪式上表示武钢将以省汽车用钢工程技术研究中心为纽带为抓手努力发展武钢汽 车用钢致力于研发和制造更高强度更高性能更安全的汽车用钢以带动湖北省汽车工业发展同时 不断完善研究中心的运行投入及配备足够的技术力量和优秀的科技资源将该研究中心建设成湖北 省的示范性技术中心在建设湖北省以企业为主体的技术创新体系而发挥作用 摘自 httpworldmetalscnhyyw201207t20120703_169482htm