银铜钒合金中钒含量检测方案(ICP-AES)

PerkinElmerFor the BetterPerkinElmer80 周年用户论文集 PerkinElmerFor the BetterPerkinElmer80 周年用户论文集 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定银铜钒合金中钒的含量 孙梅 中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室(筹) 摘要： 本文建立了一种简便的利用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定银铜钒合金中钒含量的分析方法。实验过程中优化了仪器的工作条件，考察了共存离子的干扰情况，并且与国家标准方法进行了对比。此方法的检出限为0.0057 ug·mL"，对于 5 ug·mL"的Ⅴ标准溶液测定的相对标准偏差为0.70%(n=11)，样品的加标回收率为94.90%。实验过程中分别用所建立的新方法和中华人民共和国国家标准方法 GB/T15072.19-2008同时测定了银铜钒合金样品中的钒含量，发现所建立的实验方法更加简便、快速、成本更低。 关键词： 钒，银铜钒合金，电感耦合等离子体原子发射光谱法 引言 Ag 在所有金属中导电性能最好，加工性能极好，又有高的抗氧化能力，是最重要、最经济的贵金属电接触材料，广泛应用于中等负荷或大负荷的电器中。但是 Ag 的硬度不高，熔点低，不耐磨，在含硫和硫化物介质中，表面会形成硫化银薄膜。在直流电流的作用下，由于 Ag 的硬度低，易挥发，会形成电侵蚀尖刺。在负荷大的条件下，银接触元件易形成电弧，使其熔焊粘结。以上原因严重影响了银接触材料的电性能和使用寿命。为此，可通过加入其它金属元素来提高银基接触材料的性能，如加入 Cu 能提高其力学性能；加入V能明显提高合金的强度、硬度和抗烧损性，并有稳定的接触电阻等性能，在氨气、湿热大气中合金表面仍保持光洁“。故合金中的Ⅴ含量对于银铜钒合金的性能有着很大的影响，准确检测银铜钒合金中的钒含量具有十分重要的意义。 本实验建立了一种可以取代国家标准方法2进行银铜钒合金中钒含量的测定方法，该方法具有简便、快速和节约试剂等优点，取得了满意的试验结果。 1.实验方法 1.1仪器与试剂 1.1.1仪器 仪器为美国 PerkinElmer Optima 7300DV 全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱仪，测试波长范围167~782nm，双向观测技术，在等离子体气、辅助气和雾化气气路上采用质量流量计， 采用 40.68MHz 自激式射频发生器，高性能二维交叉色散中阶梯光栅分光系统，双专利设计的 SCD 固态检测器，正交雾化器。美国 Milli-Q 纯水器。仪器测定钒时所采用的工作参数列于表1. 表1仪器工作参数 波长 发射功率 (W) 雾化气流速 等离子体气流速 辅助气流速 样品提升速度 (nm) (Lmin) (Lmin) (Lmin) (mLmin) 290.880 1300 0.8 15 0.2 1.5 1.1.2试剂 GBW(E)080216钒单元素标准溶液(p=100 ug.mL， 中国计量科学研究院，北京)，实验中使用的标准工作溶液是通过用4%(v/v)盐酸逐渐稀释而获得的； HNO3、HCl (MOS级试剂，天津市风船化学试剂科技有限公司)； GBW02204铝合金成分分析标准物质(100g，中国计量科学研究院，北京)。所用水为经过 Milli-Q纯水器 (Millipore公司，美国)纯化后获得的电阻率为18.2 MQ·cm的超纯水。 1.2实验方法 1.2.1建立的银铜钒合金样品前处理方法 准确称取 0.1000g 左右的银铜钒合金样品到玻璃烧杯中，分别加入5mL 的 MOS 级浓硝酸，加盖置于电热板上低温加热消解，待样品溶液变清亮后，升温将过剩的 HNO蒸至小体积，取下、冷却至室温，定容容25 mL容量瓶中，待测。并同时作样品空白实验。 1.2.2国家标准中的样品前处理方法 根据 GB/T 15072.19-2008标准方法2，样品的前处理过程如下：将试料置于 150 mL烧杯中，加入2mL硝酸，盖上表面皿。低温加热至试料完全溶解。再加入20 mL 水稀释，加入2mL盐酸，搅拌，微沸20 min至氯化银完全沉淀凝结。用中速滤纸过滤氯化银沉淀，用10% (v/v)盐酸冲洗表面皿、杯壁、沉淀和滤纸四次，滤液用100 mL容量瓶接取，以10%(v/v)盐酸稀释至刻度，混匀。 2.结果与讨论 2.1仪器工作参数选择 2.1.1炬管位置的选择 PerkinElmer Optima 7300DV 全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱仪采用独特的双观测结构(轴向、侧向)，其中轴向观测的检出限要比径向观测的低。由于样品中钒含量较低，所以本文选择炬管轴向观测方式进行测量。 2.1.2分析谱线的选择 实验中对V的几条分析谱线，即290.880 nm， 310.230nm， 309.310nm， 292.402 nm，311.071 nm 和270.093 nm 均进行了研究，实验中配制了浓度分别为0，2，5，10和20pg·mL"的V标准工作溶液，分别在相同的实验条件下，在各个测定波长下绘制工作曲线，结果见表2。实验发现：：几条谱线的线性都很好，灵敏度都能满足要求，故本文选择仪器推荐的测定波长290.880 nm 作为钒的测定波长。 表2仪器测试钒的波长选择 波长 标准1 标准2 标准3 标准4 标准5 线性 0 pgmL" 2 pg·mL 5pgmL 10 pgmL 20 pg·mL" r 290.880 nm 837.4 21171.7 52186.8 104137.7 199309.0 0.999721 310.230 nm 51110.4 73972.4 183638.5 367175.1 694285.6 0.999540 309.310 nm -20848.7 90724.7 223817.5 447708.9 843122.3 0.999473 292.402 nm 27.7 26907.0 66596.4 132740.9 254643.1 0.999748 311.071 nm -977.8 49866.2 122735.9 243778.2 465847.0 0.999694 270.093 nm 27.4 6381.6 15772.9 31373.3 60369.3 0.999782 2.1.3发射功率的选择 用10 ug.mL的V标准溶液和空白溶液，在波长290.880 nm 处测定发射功率从 900 W逐渐升至1400W时谱线强度的变化，试验结果见表3。从表3可见：：随着发射功率的增加，谱线强度也增加。谱线强度较高，测定的灵敏度也较高，考虑到仪器硬件的自身物理性能，功率过高，易造成仪器性能的不稳定。故本实验方法选取的发射功率为1300 W，既能保证信号的稳定性，信噪比为 103.4：1，也具有较高的测试灵敏度。 表3发射功率的选择 功率 900 W 1000 W 1100 W 1200 W 1300 W 1400 W 空白溶液 687.9 755.6 837.3 884.9 923.1 931.1 Ⅴ标准溶液 62480.3 72304.1 82300.8 89338.1 95470.2 98779.5 2.1.4提升速度的选择 变化提升速度观察谱线强度的变化(以10 ugmL"的Ⅴ标准溶液为测试溶液)。实验发现：随着样品提升速度的提高，谱线强度增加，在0.5~1.5 mLmin 之间变化时增加显著，在1.5~2.0mLmin°之间的增幅趋缓，由于提升速度快消耗的样品量大，所以本文选取提升速度为 1.5 mLmin。 2.2背景干扰的扣除 本文利用仪器所带软件，在显示屏上显示Ⅴ元素分析谱线的轮廓，用两点法选择最佳的背景扣除点，存入计算机中，当进行测定时，仪器会自动进行背景扣除。 2.3共存离子的干扰 为了研究共存离子对钒测试准确度可能产生的影响，对一个银铜钒合金样品进行了定性和定量分析。发现样品中的主要存在元素是： Ag和Cu， 还含有微量的K和Al。实验中根据样品中的元素相对含量，加入1000倍于钒含量的Ag 和100倍于钒含量的 Cu， 测定其回收率为99.7%~105.0%，所以样品中的共存元素对钒的测试不造成干扰。 2.4方法检出限和精密度 检出限定义为空白溶液测定标准偏差的3倍所对应的浓度。在优化化的实验条件下，对标准空白溶液测定11次后求得方法的检出限。用5 ugmL"钒标准溶液连续测定11次计算相对标准偏差，求得精密度，其结果列于表4。 表4方法检出限和精密度(n=11) 样品溶液 平均值 标准偏差 相对标准偏差(%) 检出限 (ugmL) (ugmL") (ug.mL) 空白溶液 -0.161 0.0019 / 0.0057 5 ug·mLV标准溶液 4.90 0.035 0.70 / 2.5样品测试和加标回收试验 为了检验方法的准确度，采用了与银铜钒合金含钒量相近的 GBW02204铝合金标样进行了测定，结果见表5。 表5样品和标样检测结果 样品名称 测定值 参考值 (%) (%) GBW02204 0.17 0.18±0.01 实验中采用两种不同的分析方法(即：国家标准参考方法和建立的分析新方法)，分析了4份不同的银铜钒合金样品中的钒含量，测试结果见表6. 表6样品检测结果 样品编号 依据国家标准方法的测试结果 依据建立的新方法的测试结果 (%) (%) 1 0.11 0.12 2 0.12 0.12 3 0.30 0.32 4 0.12 0.13 试验中对其中一个样品进行了加标回收试验，在样品中加入1 mL的钒标准溶液(p=100 ug.mL")， 然后按照同样的样品前处理方法进行样品消解，所获得的试验结果见表7. 表7样品加标回收试验结果 样品名称 样品浓度 回收率 gmL % 样品 5.02 一 加标样品 8.56 94.90 从以上分析结果可以看出：所建立的新分析方法与采用国家标准方法进行银铜钒合金样品中钒含量的测试，所获得的实验结果没有明显区别。而本实验建立的新的分析方法更加简便、快速和节约试剂成本，是银铜钒合金样品中钒含量测试的理想分析方法。 ( 参考文献： ) ( [1]陈永泰，谢明，杨有才，等。粉末冶金银铜钒合金的组织与性能研究。 《电工材料》，201 0 ，1：20-22， 29。 ) [2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会发布。 GB/T 15072.19-2008 贵金属合金化学分析方法银合金中钒和镁量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法。 1.2 实验方法1.2.1 建立的银铜钒合金样品前处理方法准确称取0.1000 g 左右的银铜钒合金样品到玻璃烧杯中，分别加入5 mL 的MOS 级浓硝酸，加盖置于电热板上低温加热消解，待样品溶液变清亮后，升温将过剩的HNO3 蒸至小体积，取下、冷却至室温，定容到25 mL 容量瓶中，待测。并同时作样品空白实验。