超聲消解 ICP-AES 測(cè)定鋁合金中硅元素含量
摘要: 建立了超聲密閉消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定鋁合金中硅元素含量的分析方法。通過(guò)優(yōu)化樣品前處理?xiàng)l件，對(duì)超聲強(qiáng)度、密閉條件、超聲溫度、超聲時(shí)間及酸的濃度進(jìn)行篩選，選擇合適的分析譜線，測(cè)定了鋁合金中等含量硅。對(duì)不同硅含量的鋁合金 ZLD105，ZBY5291，ZBY5091 進(jìn)行了精密度及準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差( SＲSD ) 在 0. 3% ～ 0. 7% ，加標(biāo)回收率在 98. 9% ～ 101. 0% 。該方法分析成本低、快速、準(zhǔn)確、方便，完全可應(yīng)用于實(shí)際樣品測(cè)試。
硅鋁合金具有良好的鑄造性能和機(jī)械性能，硅含量增加，能夠提高合金的抗拉強(qiáng)度及硬度。但在鋁-硅合金生產(chǎn)過(guò)程中，易出現(xiàn)硅的偏析進(jìn)而影響鋁合金的使用性能，因此鋁合金中硅含量的準(zhǔn)確測(cè)定尤為重要。
鋁合金中硅含量測(cè)定主要有分光光度法、重量法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法。國(guó)標(biāo) GB /T20975. 5—2008 對(duì)低含量硅( 0. 001 0% ～ 0. 40% ) 的測(cè)定采用鉬藍(lán)分光光度法，對(duì)高含量硅的測(cè)定( 0. 30% ～ 25. 00% ) 采用重量法，該方法操作繁瑣、過(guò)程復(fù)雜，需要鉑坩堝高溫灼燒，成本較高。國(guó)標(biāo) GB /T 20975. 25—2020 對(duì)于硅含量測(cè)定( 0. 010%～ 13. 50% ) 使用氫氧化鈉溶解、再酸化，其過(guò)程復(fù)雜、引入鈉基體較高，測(cè)試時(shí)還需要考慮基體匹配問(wèn)題。鋁合金中的硅一般不溶于鹽酸、硝酸等酸，需要加入氫氟酸才能將硅完全消解，但反應(yīng)生成的四氟化硅( SiF4 ) 容易揮發(fā)損失?，F(xiàn)有文獻(xiàn)大部分采用堿溶方法測(cè)樣，翟聲明等采用堿溶樣、用ZL105A 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)同時(shí)溶樣配制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，測(cè)定了ZL101 鑄鋁合金中硅含量。酸消解的方法主要是通過(guò)加入氫氟酸消解硅元素，韓超等利用混酸溶解樣品，通過(guò)基體匹配配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定鋁合金中的高含量硅。但堿溶法操作繁瑣、基體效應(yīng)明顯，酸溶法SiF4 易損失導(dǎo)致結(jié)果偏低。超聲波是頻率高于20 kHz 的聲波，其在液體、固體里傳播時(shí)衰減較小。
超聲在介質(zhì)中傳播時(shí)，主要有 3 種效應(yīng): 1) 線性交變振動(dòng)作用; 2) 非線性效應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生超聲破碎、促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象; 3) 空化作用，有利于溶液的粉碎、乳化、分散。超聲處理具有處理溫度低、處理效果均勻、效率高且設(shè)備價(jià)格相對(duì)便宜等優(yōu)點(diǎn)。之前報(bào)道中，利用超聲作為前處理的樣品類型，主要包括大氣顆粒物樣品、土壤樣品、煙草樣品、環(huán)境水樣和茶葉樣品等。
本文以鋁合金ZLD105、ZBY5291、ZBY5091為例，利用混酸超聲密閉方法對(duì)樣品進(jìn)行消解，測(cè)定了硅的含量，避免了消解過(guò)程中硅元素?fù)p失。該方法準(zhǔn)確、快速且成本較低，可應(yīng)用于實(shí)際樣品測(cè)試。
儀器與試劑
電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（上海美析儀器有限公司）；超純水機(jī)；超聲波清洗機(jī)。
硝酸 ( CMOS 純) ; 鹽 酸 ( CMOS 純) ; 氫 氟 酸( CMOS 純) ; 鑄造鋁合金( ZLD105) ，本溪合金總廠;ZBY5291 鋁合金( ZLD104) ，濟(jì)南眾標(biāo)科技有限公司; 1 000 mg /L 硅標(biāo)準(zhǔn)溶液，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。
儀器參數(shù)
儀器譜線范圍: 163 ～ 782 nm; 耐氫氟酸( HF) 系統(tǒng); 功率: 1 400 W; 進(jìn)樣量: 1. 5 mL /min; 等離子氣流量: 12 L /min; 輔助氣流量: 0. 5 L /min; 霧化氣流量:0. 7 L /min; 徑向觀測(cè)方式。
試樣溶液的制備
準(zhǔn)確稱取 0. 05 g 左右樣品置于 50 mL 離心管中，精確至 0. 000 1 g，加入 40 mL 水潤(rùn)濕，加 2. 5 mL鹽酸，2. 5 mL 硝酸，2 mL 氫氟酸，70 ℃ 超聲至溶液澄清透明，待溶液冷至室溫后，轉(zhuǎn)移至 100 mL 塑料容量瓶中，用超純水定容后搖勻待用，若濃度過(guò)高，用超純水稀釋后測(cè)樣。
標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備
按照表 1 所示分別移取硅元素標(biāo)準(zhǔn)溶液0. 25、0. 5、1、2、3 和4mL于6個(gè)50mL容量瓶中，分別加入2% HNO3 溶液定容，配制成標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度如表1 所示。
結(jié) 論
采用超聲密閉消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定鋁合金中硅元素含量。通過(guò)優(yōu)化樣品前處理?xiàng)l件，對(duì)超聲強(qiáng)度、密閉條件、超聲溫度、超聲時(shí)間及酸的濃度進(jìn)行篩選，選擇合適的分析譜線，測(cè)定了中等硅元素含量。對(duì)不同硅含量的鋁合金 ZLD105，鋁合金 ZBY5291，鋁合金 ZBY5091 進(jìn)行了精密度及準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)，其 SＲSD在0. 3% ～ 0. 7% ，加標(biāo)回收率在98. 9% ～ 101. 0% 。該方法分析成本低、快速、準(zhǔn)確、方便，可應(yīng)用于實(shí)際樣品測(cè)試中。
關(guān)于我們
上海美析儀器公司簡(jiǎn)介
上海美析儀器有限公司(以下簡(jiǎn)稱美析)，是一家具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)企業(yè)，美析的創(chuàng)業(yè)理念“科技——因你改變”，并以此為企業(yè)宗旨，不斷探究、果敢創(chuàng)新。特別是在分析測(cè)試儀器領(lǐng)域，不斷開發(fā)出先進(jìn)的產(chǎn)品，使美析成為優(yōu)質(zhì)儀器資源的供應(yīng)者。
美析主營(yíng)光譜類儀器可見分光光度計(jì)、紫外可見分光光度計(jì)、原子吸收光譜儀、超微量分光光度計(jì)、原子熒光光度計(jì)、ICP 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、ICP 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，目前，我們的產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)藥、環(huán)保、冶金、石油、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。同時(shí)美析利用在產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)、光學(xué)設(shè)計(jì)、電氣應(yīng)用和軟件開發(fā)方面積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合市場(chǎng)的需求，近期將陸續(xù)推出一批分析類儀器。美析的總部及生產(chǎn)基地設(shè)在上海，營(yíng)銷中心設(shè)在北京，并在江蘇、上海、山東三地建有研發(fā)基地。為充分利用各地的智力資源，美析與國(guó)內(nèi)外的部分科研單位也進(jìn)行了深層次的科研合作，不斷將科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。為更好的服務(wù)于廣大客戶，美析儀器國(guó)內(nèi)設(shè)有 12家辦事機(jī)構(gòu)，度身定制符合您需求的應(yīng)用解決方案，提高產(chǎn)品的附加值。在不斷服務(wù)國(guó)內(nèi)用戶的同時(shí)，美析也與 20 多個(gè)國(guó)家的分銷機(jī)構(gòu)建立了深度的戰(zhàn)略合作關(guān)系。
