分享：電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定哈氏合金中Cr、Fe、Mn、Mo、Ni的含量

    哈氏合金（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙａｌｌｏｙ）由Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ等元素組成，屬于高等鎳基合金，鎳為面心立方結(jié)構(gòu)，晶體學上的穩(wěn)定性使得它能夠比鐵基合金容納更多的合金元素［１］。哈氏合金作為高級鎳基合金，在濕氧、亞硫酸、強氧化鹽介質(zhì)中都有優(yōu)異的抗腐蝕性能［１］，同時具有優(yōu)良的強度、塑性、韌性、冶金穩(wěn)定性、可加工性及可焊接性，已廣泛應用于航空航天、核電及船舶等領域［２］。

    哈氏合金中的化學元素含量直接影響合金的性能，因此準確測定哈氏合金的化學成分是哈氏合金應用的重要保證。目前，關于哈氏合金成分的分析方法有滴定法［３４］、重量法［５６］和分光光度法等，這些方法幾乎都有分析程序長、操作較復雜、只可單元素測定的缺點。核反應堆內(nèi)輻照后的哈氏合金樣品具有放射性，長時間操作會給輻射防護帶來很多難題。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ＩＣＰＡＥＳ）具有可同時測定多種元素、檢出限低、線性范圍寬、基體效應小、靈敏度高等特點，已被廣泛應用［７１６］，但針對核反應堆內(nèi)輻照后哈氏合金中主要化學元素的

    ＩＣＰＡＥＳ分析方法還鮮有報道。本工作利用ＩＣＰＡＥＳ分析技術，對輻照后哈氏合金的溶解制樣方法、元素分析線的選用及儀器分析參數(shù)的優(yōu)化等因素進行探討，建立核反應堆內(nèi)輻照后哈氏合金中Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ的分析方法。

１ 試驗部分

１．１ 儀器與試劑

    ＴＪＡＩＲＩＳＨＲＤＵＯ型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀；ＡＧ２４５型電子天平；ＨＵＭＡＮ型超純水機；ＹＱ２２０型超聲波清洗機。Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ混合標準儲備溶液：１．０００ｇ·Ｌ－１。Ｍｏ標準儲備溶液：１．０００ｇ·Ｌ－１。

硝酸、鹽酸、乙醇為優(yōu)級純，高純鎳純度大于９９．９９％，氬氣純度為９９．９９９５％，試驗用水為超純水。

１．２ 儀器工作條件

    射頻發(fā)生器功率為１１５０ Ｗ；霧化氣壓力為０．１５２ＭＰａ；輔助氣流量為０．５Ｌ·ｍｉｎ－１；冷卻氣

流量為１５Ｌ·ｍｉｎ－１；蠕動泵速為１００ｒ·ｍｉｎ－１；觀測方向為水平；積分時間，長波段１５ｓ，短波段５ｓ。

１．３ 試驗方法

    稱取試樣０．１～０．２ｇ置于微波消解罐中，加鹽酸硝酸（７＋１）混合酸３ｍＬ，放入微波爐中，中高火微波消解５ｍｉｎ，待溫度降至室溫后，繼續(xù)微波消解５ｍｉｎ。樣品完全溶解后，轉(zhuǎn)移至５０ｍＬ容量瓶中，用水定容。同樣方法制作空白。在儀器工作條件下進行測定。

２ 結(jié)果與討論

２．１ 試樣前處理方法

     哈氏合金在溶解制樣前，先要在乙醇中超聲清洗，以清洗干凈試樣表面因切割取樣而沾污的油漬。清洗干凈的試樣，烘干，在保干器中保存。采用不同體積比（１∶１，３∶１，５∶１，７∶１）的鹽酸硝酸混合酸對試樣進行微波解，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，４種不同比例的混合酸均能很好地消解樣品。

２．２ 分析線的選擇

    高頻等離子體炬焰溫度很高，能發(fā)射出豐富的離子和原子譜線。哈氏合金成分復雜，除鎳基體外，還包括高含量的Ｆｅ、Ｍｏ、Ｍｎ等元素，譜線干擾多，有的甚至很嚴重。按照樣品中存在的元素，配制一系列混合標準溶液、純鎳基溶液和鎳基合金溶液，根據(jù)各元素的含量及性質(zhì)，從儀器軟件譜線庫中選擇

    多條待測元素譜線，并進行篩選。當各元素的譜線有疊加時，盡量選擇強度大，峰形好，靈敏度高，干擾小的譜線作為分析線。通過對各元素光譜干擾的考察，試驗選取各元素分析線為：Ｃｒ２６７．７１６ｎｍ，Ｆｅ２５９．８３７ｎｍ，Ｍｎ２５７．６１０ｎｍ，Ｍｏ２０４．５９８ｎｍ，Ｎｉ３００．２４９ｎｍ。

２．３ 射頻功率的選擇

    試驗考察了譜線強度和信號噪聲隨射頻功率的變化，結(jié)果表明：各待測元素的譜線強度隨射頻功率增加而增大，同時信號噪聲也隨之增加，導致信背比下降；當射頻功率從９５０ Ｗ 增至１１５０ Ｗ 時，各元素信號強度增加比較大；但當射頻功率從１１５０ Ｗ增至１３５０Ｗ 時，信號強度增加很小，Ｍｎ的信號強度略有降低。考慮到多元素同時測定、各元素的含量及譜線的信背比等因素，試驗選擇射頻發(fā)生器的功率為１１５０Ｗ。

２．４ 觀測時間的選擇

    設定儀器的射頻功率為１１５０ Ｗ，蠕動泵轉(zhuǎn)速為１００ｒ·ｍｉｎ－１。改變觀測時間（短波段２０ｓ／長波段１０ｓ，短波段１５ｓ／長波段５ｓ），測定各種元素的分析線強度。結(jié)果顯示：當觀測時間增加時，譜線強度增加，但隨之背景也增強，使得信背比反而降低。試驗選擇觀測時間為短波段１５ｓ／長波段５ｓ。

２．５ 基體效應

    哈氏合金中鎳的含量非常高，會干擾其他元素的測定。試驗考察了在其他４種元素質(zhì)量濃度均為１０．０ｍｇ·Ｌ－１，鎳質(zhì)量濃度為１．０ｇ·Ｌ－１時，元素分析線強度的變化。結(jié)果表明：鎳基體質(zhì)量濃度為

１．０ｇ·Ｌ－１時，鎳對其他４種元素皆不存在光譜干擾。

２．６ 標準曲線及檢出限

    配制各元素質(zhì)量濃度均為０，２．００，４．００，６．００，８．００，１０．０ｍｇ·Ｌ－１標準溶液系列，在選定的分析線下 繪 制 標 準 曲 線，各 元 素 的 線 性 范 圍 均 在１０．０ｍｇ·Ｌ－１以內(nèi)，線性回歸方程及相關系數(shù)見表１。對空白樣品溶液連續(xù)測定１０次，以３倍的標準

偏差計算檢出限，結(jié)果見表１。

由表１可知：各元素的線性相關系數(shù)均大于０．９９９，檢出限均較低，能夠滿足分析測試的要求。

２．７ 精密度與準確度

    在選定的工作條件下對質(zhì)量濃度為６．００ｍｇ·Ｌ－１混合標準溶液，連續(xù)測定１０次，Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ測定值的相對標準偏差分別為 ０．４１％，０．９６％，０．８７％，０．４３％，０．７４％，說明方法精密度良好。按試驗方法測定標準樣品６９３４ＧＨ１３５，考察方法的準確度，結(jié)果見表２。

    由表２可知：測定值與認定值的相對誤差在－０．５４％～０．２２％之間，說明方法準確度高。

２．８ 樣品分析

樣品分析結(jié)果見表３。

    本工作采用鹽酸硝酸混合酸微波消解的制樣方法，能夠很好的將輻照后哈氏合金溶解，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對 Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ進行測定，方法簡便，測定結(jié)果穩(wěn)定可靠，靈敏度和準確度較高，可滿足樣品的分析測定工作。

（文章來源：材料測試網(wǎng)-理化試驗-化學分冊）