主题：【第十一届原创】电感耦合等离子体原子发射光谱法测定硅铝丝中中的硅、铁、铜、锰、镁、锌、钛

电感耦合等离子体原子发射光谱法

测定硅铝丝中中的硅、铁、铜、锰、镁、锌、钛

姜玉领

中原内配集团股份有限公司 河南焦作 454750

摘要：使用氢氧化钠和过氧化氢溶液溶解，用盐酸中和，采用电感耦合等离子体光谱法测定铝硅丝中硅、铁、铜、锰、锌、钛、镁等元素。各元素的相关系数均大于0.999，方法中各元素的检出限为0.6-20.5μg/g。按照实验方法测定样品中的硅、铁、铜、锰、锌、钛、镁，结果的相对标准偏差（RSD,n=10）在0.24%-4.0%之间；各元素的回收率在95%-107%之间。按照实验方法测定样品中的硅、铁、铜、锰、锌、钛、镁与分光光度法测定的结果合相吻。
关键词：铝硅丝、电感耦合等离子体光谱法，硅、铁、铜、锰、锌、钛、镁。

Determinationof silicon, iron, copper, manganese, magnesium, zinc and titanium in siliconaluminum wire by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry(ICP-AES)

JIANGYuling

Zhongyuaninternal combustion engine parts group Limited by Share Ltd .  Jiaozuo454750

    Abstract: using the solution of sodium hydroxideand hydrogen peroxide and neutralization by hydrochloric acid, the elements ofsilicon, iron, copper, manganese, zinc, titanium and magnesium in aluminumsilicon wire are determined by inductively coupled plasma spectrometry. The correlation coefficientsof all elements are greater than 0.999, and the detection limit of each elementin the method is 0.6-20.5μ g/g. The experimentalmethod is used to determine silicon, iron, copper, manganese, zinc, titaniumand magnesium in the sample, and the relative standard deviation (RSD, n=10) isbetween 0.24%-4.0% and the recovery rate of each element is between 95%-107%.According to the experimental method, the results of the determination ofsilicon, iron, copper, manganese, zinc, titanium and magnesium in the sampleswere determined by spectrophotometry.

    Key words: aluminum silicon wire,inductively coupled plasma spectrometry, silicon, iron, copper, manganese,zinc, titanium and magnesium.

      铝硅丝是以一种新型的热喷涂材料，可用作物品上热喷涂一层涂层，特别是在乘用车发动机的气缸套上喷涂一层铝层，在浇铸机体时结合更好，可以较少不同材质产生的气孔和裂纹缝隙等缺陷；同时硅铝丝也可作为钎焊材料。分析铝及其合金通常采用比色法^【2,3,5】，原子吸收法^【1,4,6】等，由于以上方法分析过程繁琐、时间长，而且每次分析元素的个数有限，近些年来由于ICP的推广，使用ICP分析铝合金中的杂质元素时有报道^【7-9】。本法对硅铝丝中的硅、铁、铜、锰、锌、钛、镁等元素进行分析，具有线性范围宽，检出限低，精密度高，基体效应小，多元素同时分析等特点。本文采用氢氧化钠溶液溶样，使用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定了硅铝丝中硅和其他几种杂质元素，其精密度和准确度均能够符合要求。
1、实验部分
1.1  试剂
氢氧化钠溶液：20%；过氧化氢：30%；盐酸溶液：1+1；铝、硅、铜、铁、锰、镁、锌、钛标准储备溶液（北京钢铁材料测试中心）：1.000 mg/L；用以上标准储备溶液配制铜、铁、锰标准溶液：100μg/mL，镁、锌、钛标准溶液：10μg/mL。
试验用水为二次净化水，电导率0.04μs/m。氩气纯度不小于99.999%
1.2  主要仪器及工作条件
PerkinElmer Optima 8000电感耦合等离子体原子发射光谱仪（美国PE公司），等离子体功率1300W，等离子体气流量10L/min，辅助气流量0.2L/min，雾化器气流量0.55L/min，观测距离15.0mm，蠕动泵转速50r/min。
1.3  试验方法
1.3.1、样品处理
准确称取0.1g，试样秤准至0.0001g，置于聚四氟乙烯烧杯中,加10ml20%氢氧化钠溶液，低温溶解，加几滴过氧化氢溶液至溶液变清，再加入25mL1+1盐酸中和过量的氢氧化钠，加热5分钟，冷却，移入到100ml容量瓶中，稀释至刻度，待测。随同试样做空白试验。
1.3.2、标准溶液系列的配制
分别称取0.1g纯铝标样，准至0.0001g，按样品处理方法进行处理，最后移入100ml容量瓶中，分别加入不同体积的硅标准铌储备液、铜、铁、镁、锰、锌、钛标准溶液，制备标准溶液系列。标准溶液系列中各元素质量浓度相当于样品中各元素的质量分数，见表1

表1  标准溶液系列中各元素的质量分数
ω/%
元素	空白	标准1	标准2	标准3	标准4	标准5
Si	0	2.50	5.00	10.00	12.50	15.00
Fe	0	0.10	0.30	0.50	0.70	1.00
Cu	0	0.10	0.20	0.30	0.40	0.50
Mn	0	0.05	0.10	0.15	0.20	0.30
Mg	0	0.01	0.03	0.05	0.07	0.10
Zn	0	0.01	0.03	0.05	0.07	0.10
Ti	0	0.01	0.03	0.05	0.07	0.10

2、结果与讨论
2.1、样品溶解
样品中含有较高含量的硅，使用酸溶加氢氟酸溶解往往会影响矩管寿命，因此采用氢氧化钠溶液，滴加过氧化氢溶解，用盐酸中和的方式进行。实验表明采用20%的氢氧化钠溶液滴加过氧化氢助溶，即可消解完全。氢氧化钠使用量过低溶解不完全，过高又会带来较多量的钠离子，因此本法采用10ml20%的氢氧化钠即可完全溶解完毕，又不至于带入大量的钠离子。
2.2、分析谱线
通过选择大量待测元素的灵敏线和次灵敏线，使用上述方法进行试验逐一对各谱线进行试验，选择灵敏度高，干扰少或无干扰的谱线作为分析谱线。依据试验结果选取Mg279.077nm、Cu324.752nm、Fe239.562nm、Mn259.372nm、Ni341.476nm、Zn202.548、Ti334.941nm、Si251.111nm作为分析谱线。以上分析谱线同时具备灵敏度高，试验结果（绝对强度）重复性好，无干扰或干扰少，各谱线两侧0.030nm范围内没有其他元素的波峰出现。
2.3、基体效应和光谱背景的消除
基体效应是指溶液中高浓度基体元素对分析信号的抑制或增强效应。在本方法中主要为基体元素铝离子和溶剂中的钠离子干扰效应，为了考察铝和钠对待测元素的影响，按上述方法我们分别试验了，使用纯铝按照样品处理方法进行处理的样品绘制工作曲线和不使用纯铝直接用标准溶液绘制的工作曲线对样品进行对比测定，测定结果表明基体元素铝钠影响待测元素的光强，为了消除基体效应和光谱背景干扰，采用配制标准曲线时，使用纯铝与样品溶解相同的方法来消除基体效应和光谱背景干扰。
2.4、标准曲线及检出限
按照仪器设定的工作条件，对表1中标准系列溶液进行测定，以待测元素的质量分数为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制工作曲线。实验所得的线性范围、线性回归方程、相关系数见表2。在同样条件下对标准系列空白溶液连续测定10次，以3倍标准偏差计算方法中的各元素的检测限，见表2

表2 线性关系及检出限
元素	线性回归方程	相关系数	测量范围 （%）	检出限 （μg/g）
Si 251.611	y=28040x+27936.6	0.9997	2.5-15.0	20.5
Fe 239.562	y=20290x+1235.7	0.9995	0.1-1.0	5.2
Cu 324.752	y=271100x-3263.9	0.9999	0.1-0.5	2
Mn 259.372	y=119500x+3730.1	0.9998	0.05-0.3	4.8
Mg 279.077	y=102900x+787.0	0.9998	0.01-0.1	0.8
Zn 202.548	y=5766x-169.5	0.9997	0.01-0.1	0.6
Ti 334.940	y=45820x+2427.0	0.9995	0.01-0.1	1.8

2.5、方法精密度
按实验方法测定一组样品中硅、铜、铁、镁、锰、锌、钛，平行测定6次，并进行加标回收试验，测定结果及相对标准偏差（RSD）和回收率见表3

表3  硅铝丝测定结果及回收试验(n=6)
元素	测定值 （ω/%）	平均值 （ω/%）	RSD （%）	加标量 （ω/%）	测得总量 （ω/%）	回收率（%）
Si	11.42，11.50，11.46  11.48，11.50，11.48	11.47	0.24	1.00	12.45	97.67
Fe	0.205,0.210,0.208 0.196,0.209,0.198	0.205	2.25	0.100	0.3	95.00
Cu	0.099,0.098,0.099 0.101,0.099,0.098	0.0998	1.68	0.05	0.151	102.33
Mn	0.011,0.012,0.012 0.011,0.013,0.012	0.0117	4.04	0.05	0.0615	99.67
Mg	0.0023,0.0023,0.0024 0.0023,0.0025,0.0023	0.0024	3.25	0.01	0.013	106.50
Zn	0.0078,0.0078,0.0079  0.0079,0.0078,0.0078	0.0078	0.60	0.01	0.018	101.67
Ti	0.015,0.016,0.016 0.016,0.015,0.016	0.0157	3.01	0.02	0.0365	104.17

由表3数据可知：硅、铜、铁、镁、锰、锌、钛测定值的RSD均小于5.0%。证明试验方法精密度良好，可满足测定要求。
3、样品分析
按照实验方法我们对硅铝丝中硅、铜、铁、镁、锰、锌、钛进行测定，并将结果与分光光度法进行对比，结果见表4，由表4可见两种方法的测定值基本一致。

表4 准确度试验结果
元素	实验方法测定值wt%	分光光度法测定值wt%
Si	12.05	12.06
Fe	0.204	0.0200
Cu	0.103	0.110
Mn	0.025	0.026
Mg	0.0028	0.0026
Zn	0.0080	0.0082
Ti	0.135	0.137

由以上数据可知：本试验测定结果与分光光度法检测结果符合。
参考文献：
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