铝合金中添加元素检测方案(ICP-AES)

邮编：20120344604_CHN 按照伦敦金属交易所指南使用 Avio200 ICP-OES 分析铝合金中的添加元素 引言 金属铝(AI)以其独有的特性广泛应用于众多各领域。将Al与硅(Si)、铁(Fe)、铜(Cu)和锌(Zn)等元素结合制成铝合金，通常添加元 素占总合金重量的15%。与纯铝相比，铝合金的物理特性得到明显增强，如具有更好的强度，更优异的导电性和焊接性等；1.2也可添加不同的量的其它元素，得到具有特殊性质的铝合金。 鉴于铝合金应用广泛和组分多样，伦敦金属交易所(LME)列出了四种铝合金规格，主要用于欧洲、亚洲和北美3.4，如表1所示。在所列规格中，主要添加组分是Si、Cu、Zn和Fe，占组成重量的百分比通常大于1%。因此，必须以比其它低含量元素更高的精度(±2%)来测定这四种元素。 铝的大多数工业应用为铝合金。珀金埃尔默Avio°200 ICP-OES是进行铝合金检测实验室的理想选择。 Avio 200 ICP-OES使用电荷耦合检测器(CCD)，可同时提供背景和分析物测量，这在进行合金类的复合基质分析时非常重要5。 本文使用 Avio 200 ICP-OES 测定 LME规格要求的铝合金中的添加组分。 实验 样品和样品制备 用于溶解铝合金的常规样品制备包括6：将 0.1g的合金在6mL的 10M NaOH中加热，然后加入1mL的H202(30%w/w)。使用NaOH来溶解合金中的硅(Si)，同时添加过氧化氢去除溶解气体。随后添加25mL的1：1HNO3(v/v)溶液殊10mL的1：1HCl(v/v) 溶液以完成消解反应并将溶解的元素保留在溶液中。 将此溶液稀释至100mL进行分析。此过程中，溶液均由单元素标准品模拟溶解过程而制备。基质由5%的HNO3 (v/v)+3.5%的HCI (v/v)+ 1.5%的NaCl(w/v)+1%的Al(w/v)组成。添加NaCl是用以匹配消解时加入NaOH所带来的钠，避免测量结果产生较大偏差。 将表1所列元素按照各规格所涵盖的浓度范围的最低和最高值加标到基质溶液中，测量后制作基质溶液校准曲线。空白对照溶液的组成为 5% HNO3 + 3.5%HCI。使用外标法测定所有元素，其中使用线性插入法测定需要更高测量精确度的高含量添加元素硅(Si)、铜(Cu)、锌(Zn)和铁 (Fe)。表2列出每个元素的校准标准、校准方程和加标水平。抗(Sc)作为内标添加到所有溶液中。 元素 铝业协会： A380.1锭(%) 再生铝合金：LME/DIN 226(%) 日本工业标准： JISH 2118：2006：AD 12.1(%) 北美特殊铝合金(%) 硅(Si) 7.5-9.5 8.0-11.0 9.6-12.0 8.50-9.50 铜(Cu) 3.0-4.0 2.0-3.5 1.5-3.5 3.00-3.50 锌(Zn) 2.9 1.2 1.0 3.00 铁(Fe) 1.0 1.0 0.6-1.0 0.8-1.00 锰(Mn) 0.50 0.1-0.4 0.5 0.45 镍(Ni) 0.50 0.3 0.5 0.50 锡(Sn) 0.35 0.1 0.2 0.10 镁(Mg) 0.10 0.1-0.5 0.3 0.10 钛 (Ti) 0.15 0.3 0.10 铅(Pb) --- 0.2 0.2 0.10 铬 (Cr) --- --- --- 0.10 表2.校准和加标 元素 校准方程 校准标样(mg/L) 低水平加标 (mg/L) 高水平加标(mg/L) 硅 (Si) 线性插入法 50；100；150 75 120 铜(Cu) 线性插入法 10；25；50 15 40 锌 (Zn) 线性插入法 5；15；40 10 30 铁(Fe) 线性插入法 5；8；12 6 10 镍(Ni) 线性，计算截距 0.5；1；5 3 5 锰(Mn) 线性，计算截距 0.5；1；5 1 5 镁(Mg) 线性，计算截距 0.5；1；5 1 5 锡(Sn) 线性，计算截距 0.5；1；5 1 3.5 钛(Ti) 线性，计算截距 0.5；1；5 1 3 铅(Pb) 线性，计算截距 0.5；1；5 1 2 铬 (Cr) 线性，计算截距 0.5；1；5 1 1 仪器参数 所有分析均按照表3所列条件在 Avio 200ICP-OES上进行，波长如表4中所示。所有测量均在径向观测模式下进行，以最大程度地减小基质效应。所选波长均无干扰，无需干扰校正，从而简化测量。对于要求较高测量精确度的元素，使用更长的读取时间(两秒)；其它元素测定的读取时间范围为0.2秒-1秒。样品的等离子体照片如图1所示，等离子体中心明亮的橙色舌型火焰则表明钠元素的存在。 图1.在雾化样品的同时，于 Avio 200 ICP-OES 上捕获等离子体 结果与讨论 为确定方法准确性，按照表2所示低水平加标浓度和高水平加标浓度对基质溶液进行加标后进行分析，实验结果如图2所示。主成分(高含量添加元素硅、铜、锌和铁)的回收率在±2%以内，其它元素的回收率在±5%以内，表明该方法具有良好的准确性。 表 3.Avio 200 ICP-OES仪器参数 参数 数值 雾化器 SeaSprayM 雾化室 带挡板的玻璃旋流 射频(RF) 功率 1500W 中心管 2.0mm，陶瓷 炬管 石英，1槽 等离子体气 10L/min 辅助气 0.2L/min 雾化气 0.65L/min 炬管位置 -3 进样速度 1mL/min 重复次数 3 等离子体观测方式 径向 表4.波长和读取时间 元素 波长(nm) 读取时间(秒) 硅 (Si) 212.412 2 铜(Cu) 327.393 2 锌(Zn) 206.200 2 铁(Fe) 238.204 2 镍(Ni) 231.604 0.2-1 锰(Mn) 259.372 0.2-1 镁 (Mg) 285.213 0.2-1 锡(Sn) 189.927 0.2-1 钛(Ti) 334.940 0.2-1 铅(Pb) 283.306 0.2-1 铬(Cr) 267.716 0.2-1 (Sc)(内标) 361.383 0.2-1 为评估方法稳定性，在2.5小时内交替测量10个低水平加标溶液和10个高水平加标溶液；所得回收率如图3和4所示。所有主要元素的回收率均在2%以内，其它元素的回收率均在6%以内，从而证明该方法具有良好的稳定性。 图3.对于含量为1%或更高的元素，2.5小时内 LME 低水平(A)和高水平(B)规格时的加标物回收率 图4.对于含量小于1%的元素，2.5小时内 LME 低水平(A)和高水平(B)规格时的加标物回收率 结论 本文表明 Avio 200 ICP-OES 可根据伦敦金属交易所的高水平和低水平规格要求测量铝合金中的添加元素。对于铝合金中的主要成分(高浓度添加元素)通过使用较长读取时间和线性插入法校准，可以获得±2%以内的准确度；对于次要成分(低浓度添加元素)通过使用较短的读取时间和线性法校准，可以获得±5%以内的准确度。实验证明方法可靠且稳定。 ( 参考文献 ) ( 1. https：//www.aluminum.org/resources/industry-standards/aluminum-alloys-101 ) 2.h1ttp：//www.aalco.co.uk/datasheets/Aluminium-Alloy_Introduction-to-Aluminium-and-its-alloys_9.ashx ( 3.“ “Special Contract Rules for Aluminum Alloy"， London M etal Exchange. ) ( 4. “Special Contract Rules for North American Special AluminumAlloy " ， London Metal Exchange. ) ( 5. “ “Avio 200 I CP-OES Custom-Designed Sol i d-State Detector”， T echnical Note， PerkinElmer， 2016. ) 6.“AluminumlCand Aluminum Alloys -Chemical AAnalysis -Inductively Coupled Plasma COpticalEmission SpectralAnalysis”，(UNIEEN 14242)EEuropean Committee forStandardization， 2004 实验消耗品 组件 部件编号 进样羊管：黑/黑(内径：0.76mm) PVC，扩口 N0777043 排液夜管：灰/灰(内径：1.30mm)， Santoprene N0777444 铝标准品， 10，000pg/mL N9304111(125mL)N9304110(500mL) 铜标准品， 10，000ug/mL N9304112(125mL) N93000283 (500 mL) 铁标准品， 10，000pg/mL N9304113 (125mL)N9307117(500mL) 硅标准品， 1000pg/mL N9304122 (125mL) 锌标准品，10，000ug/mL N9304129 (125 mL) 铬标准品， 1000pg/mL N9300173 (125mL)N9300112(500 mL) 铅标准品， 1000pg/mL N9300175 (125mL)N9300128(500mL) 镁标准品， 1000pg/mL N9300179(125mL)N9300131(500 mL) 锰标准品，1000pg/mL N9303783 (125mL)N9300132(500mL) 钉标准品， 1000pg/mL N9303798(125mL)N9300148(500mL) 锡标准品， 1000pg/mL N9303801(125mL) N9300161(500mL) 钛准品， 1000pg/mL N9303806(125mL) N9300162(500mL) 自动进样管，每箱500个 B0193233 (15mL)B0193234 (50 mL) 珀金埃尔默企业管理(上海)有限公司 ( 地址：上海张江高科技园区张衡路1670号 ) 电话：021-60645888 传真：021-60645999 www.perkinelmer.com.cn 有关我们全球办事处的完整清单，请访问 www.perkinelmer.com/ContactUs ( 版权所有◎2019，珀 金 埃尔默公司 (PerkinElmer， Inc.)。保留所有权利。PerkinElmer"是珀金埃尔默公司 (PerkinElmer， Inc.) 的注册商标。其它所有商标均归其各自持 有者所有。 ) PKI 鉴于铝合金应用广泛和组分多样，伦敦金属交易所（LME）列出了四种铝合金规格，主要用于欧洲、亚洲和北美3,4，如表1所示。在所列规格中，主要添加组分是Si、Cu、Zn和Fe，占组成重量的百分比通常大于1％。因此，必须以比其它低含量元素更高的精度（±2％）来测定这四种元素。铝的大多数工业应用为铝合金。珀金埃尔默Avio® 200 ICP-OES是进行铝合金检测实验室的理想选择。Avio 200 ICP-OES使用电荷耦合检测器（CCD），可同时提供背景和分析物测量，这在进行合金类的复合基质分析时非常重要。本文使用Avio 200 ICP-OES测定LME规格要求的铝合金中的添加组分。