1、ICPAES 法测定锆合金 Zr30Nb 中杂质元素Al、Fe、Ti 的方法研究摘 要：采用 ICP-AES法对 Zr-30Nb合金中杂质元素 Al、Fe、Ti 进行了测定。主要研究了合金元素铌对分析元素谱线的光谱干扰情况，并对分析条件进行了优化，确定了方法的检出限，通过准确度和精密度试验，表明本方法准确、可靠。 关键词： ICP-AES 锆合金 基体匹配 光谱干扰 锆及锆合金材料具有优良的核性能，多用作核燃料元件的包壳材料1，2。随着我国核原料元件制造技术的不断发展，对各类锆材的需求量日益增大，质量要求也越来越高3，4。Zr-30Nb 合金作为锆合金中Zr-Nb系合金的一种，具有良好的力学性
2、能和耐腐蚀性能，已逐步在核研究领域得以应用3-6。 ICP-AES 法是上世纪 70年代迅速发展起来的一种分析方法，它可以进行定性分析、半定量分析和定量分析，同时它具有多种元素同时分析、分析速度快、选择性好、检出限低、精密度高、准确性好等优点，已在环保、冶金、食品、石油、化工、地质、以及金属材料等许多领域中得到越来越广泛的应用7-10。 本文采用 ICP-AES法分析了 Zr-30Nb中 Al、Fe、Ti 元素的含量，阐述了 Nb作为合金成份的加入，使基体发生了改变的同时对其它元素测量时所带来的光谱干扰。试验结果表明本方法具有较好的准确性和稳定性。一、实验部分 1.仪器与试剂 OPTIMA-4
3、300V 全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪 标准储存溶液：Al、Fe、Ti、采用 1mg/mL国家标准溶液或采用w99.99%的纯金属自配。 锆基体：w（Zr）99.99% 铌基体：w（Nb）99.99% 试剂为优级纯，水为去离子水。 2.仪器工作条件 功率 1300W，雾化器流量 0.60L/min，等离子气流量 15L/min，观察高度 15mm，辅助气流量 0.2L/min，蠕动泵速 1.5mL/min，积分时间为自动 2s10s，积分次数 3次。 3.工作曲线 在第一组 100ml塑料容量瓶中，按 0.5g的试样量称取基体锆，加入5mL水，2mLHF 酸，5mLHNO3 溶解后，按表
4、 1加入标准溶液，配制成适合的杂质元素工作曲线 1。在第二组 100ml塑料容量瓶中，按 0.35g的试样量称取基体锆，0.15g 的试样量称取基体铌，加入 5mL水，2mLHF 酸，5mLHNO3溶解后，按表 1加入标准溶液，配制成适合的杂质元素工作曲线2。 4.样品处理 称取样品 0.5g于 150mL塑料烧杯中，加入 5mL水，2mL 氢氟酸溶解，再加入 5mL硝酸，溶解完全后，移入 100mL容量瓶中，定容混匀。按仪器工作条件，先测定标准溶液绘制工作曲线，再测定样品溶液。 二、结果与讨论 1.仪器最佳工作参数的选择 1.1 激发功率的选择：配置浓度为 1.0mg/L的混合杂质标液，固定
5、其他仪器参数，将 RF功率从 1100W逐渐升高到 1400W，按照试验方法测量被测元素的光谱强度。结果表明，随着功率的增大所测元素的谱线强度有所提高，但功率越大，其背景强度也越大。经综合分析，功率选择1300W。 1.2 雾化器流量的确定：固定其他条件，将雾化器流量分别调节为0.5L/min、0.6L/min、0.7L/min、0.8L/min、按照试验方法测量被测元素的光谱强度。结果表明，随着雾化器流量的增加，所测元素的光谱强度先逐渐增加再逐渐降低，其中 0.6L/min时为最大。具体见表 2。 1.3 延迟时间的确定：实际测定时可根据所测量样品自行调整，在已满足可进行分析的条件下将延迟时
6、间定为 40s。 1.4 积分时间的确定：由于所测元素为少量元素，所以积分时间定为自动 2s10s。 1.5 等离子气流量、辅助气流量、溶液提升量的确定：这三种因素的变化对测定的影响不大，采用推荐的参数即可。 综合分析上述结果，工作参数确定值具体见表 3。 2.光谱干扰的研究 2.1 从谱图上对光谱干扰进行分析 配制 Al、Fe、Ti、Nb、Zr 合适浓度的单标溶液进行测试，ICPAES法中干扰主要为光谱干扰，如谱线干扰和背景干扰等，从谱图上可以观察到 Nb对 Al、Fe、Ti 均有干扰，Zr 对 Al有干扰。 2.2 从测定结果上对光谱干扰进行分析 采用不同基体配制的相同含量的工作曲线 1和
7、 2对同一样品进行测量得到的测定结果见表 4。 表 4表明：采用不同基体配制的相同含量的工作曲线 1和 2对同一样品进行测量得到的结果是不一致的，其原因是因为工作曲线 1的基体中不含铌，因而导致测定结果不一致，这进一步证明了合金元素铌对分析谱线有干扰。所以采用 ICPAES法对 Zr-30Nb合金中杂质元素Al、Fe、Ti 进行了测量时，配制的工作曲线必须要与样品保持完全的基体匹配，才能消除基体元素对被测量元素带来的干扰。 3.各元素的检出限和测定下限的确定 在选定的仪器工作条件下，以 1.0g/mL 锆铌基体为空白溶液，以1.0g/mL 的混合溶液为标准溶液，分别测定测定 11次，以 3倍空
8、白溶液标准偏差所对应的浓度为检出限，以 5倍检出限并以 0.5g试样计算得方法测定下限，结果见表 5。 4.方法准确度试验 在确定的仪器工作条件下，采用加标回收的方法验证方法的准确性. 结果见表 6。 通过表 6看出各元素的加标回收率在 93105%之间，表明该方法准确。 5.精密度试验 在确定的仪器工作条件下，将 Zr-30Nb样品测定 6次，进行精密度试验结果见表 7。 通过表 7可看出，测定结果的 RSD（%）均小于 5%，表明该方法稳定。三、结论 采用 ICP-AES法测定了 Zr-30Nb合金中杂质元素 Al、Fe、Cu 的含量，配制的工作曲线必须要与样品保持完全的基体匹配，本方法准
9、确、稳定，可以用来进行 Zr-30Nb合金中杂质元素的测定。 参考文献 1 赵文金， 周邦新， 苗志， 等. 我国高性能锆合金的发展J. 原子能科学技术， 2005， 39： 29. 2 李献军， 夏峰， 文志刚， 等. 工业锆产品的性能及应用J. 金属世界， 2009， （6）： 100103. 3 王文生， 李中奎， 张建军， 等. 低铌新锆合金的抗蠕变性能J. 原子能科学技术， 2005， 39： 1417. 4 李中奎， 张建军， 周廉， 等. 合金元素铌对新锆合金耐蚀性能的影响J. 原子能科学技术， 2005， 39：11-13. 5 张壮伟， 郭占， 董世哲， 等. ICP-AES
10、法测定 M5锆合金中铌和 15种杂质元素J. 2009年美国 PerkinElmer公司 AA、ICP-OES 和ICP-MS用户会议论文集， 2009： 517. 6 刘翰晟. 锆和锆合金化学分析标准方法进展J. 上海有色金属，1997. 7 杨毅. ICP - AES在冶金分析中的应用J. 云南冶金， 2007， 36（4）： 6277. 8 程栋， 陈海峰. 电感耦合等离子发射光谱在金属材料分析中的应用J. 电站辅机， 2007， 100（10）： 3436. 9 张光， 高霞. ICP - AES法同时测定低合金钢中锆和铌 . 冶金分析， 2004， 24（1）： 4447. 10 吴雪莲， 王文华. 电感耦合等离子发射光谱法在食品分析中的应用J. 现代仪器， 2009， 6： 1518.
