原子吸收光譜法測(cè)定純錸中痕量元素鈉*

任慧，孫建新

[航空材料檢測(cè)與評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中航工業(yè)北京航空材料研究院，中航(試金石)檢測(cè)科技有限公司，北京 100095]

錸是稀有難熔金屬，具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度及良好的塑性，并且具有優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性。錸沒(méi)有脆性臨界轉(zhuǎn)變溫度，在高溫和急冷急熱條件下均有很好的抗蠕變性能，適于超高溫和強(qiáng)熱震工作環(huán)境［1，2］。錸及錸合金的特殊性能，使其應(yīng)用非常廣泛，成為國(guó)防、航空、航天、核能以及電子工業(yè)等現(xiàn)代高科技領(lǐng)域極其重要的新材料之一，特別是在航空航天領(lǐng)域的火箭、各類空間返回艙、衛(wèi)星等的超耐熱部件和次耐熱部件的應(yīng)用已經(jīng)日益引起了各國(guó)材料學(xué)家的高度重視［3–5］。隨著國(guó)防工業(yè)的發(fā)展，新產(chǎn)品不斷推出，各種性能優(yōu)異的材料對(duì)其成分的要求愈加嚴(yán)格，純金屬錸中雜質(zhì)元素的含量對(duì)材料性能的影響非常大。火焰原子吸收光譜法(AAS)是測(cè)量痕量鈉含量的最佳技術(shù)手段之一［6–8］，是一種分析準(zhǔn)確度高、操作簡(jiǎn)便、分析周期短、效率高的分析方法，具有低的特征濃度和良好的檢測(cè)能力，在鋼鐵、鋁合金、鎂合金［9–10］等合金中已得到廣泛應(yīng)用，但應(yīng)用于純錸中痕量鈉的測(cè)定未見(jiàn)報(bào)道。筆者通過(guò)大量研究工作建立原子吸收光譜法測(cè)量純錸中痕量鈉，為日常的測(cè)試工作提供可靠、便捷的檢測(cè)方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

原子吸收光譜儀：Aanalyst100型，美國(guó)PE公司；

乙炔：純度不小于99.5%；

硝酸：MOS級(jí)；

氯化銫：光譜純；

氯化銫溶液：20 mg/mL，稱取40 mg氯化銫加入置于500 mL燒杯中，加入100 mL水中，攪拌溶解后轉(zhuǎn)移到200 mL容量瓶中，定容搖勻；

Na標(biāo)準(zhǔn)溶液A：0.10 mg/mL，稱取0.254 21 g經(jīng)400～500℃灼燒到無(wú)爆破聲的氯化鈉(優(yōu)級(jí)純)于500 mL燒杯中，加200 mL水溶解。移入1 000 mL容量瓶中用水稀釋至刻度，混勻；

Na標(biāo)準(zhǔn)溶液 B ：1 μg/mL，移取 10 mL Na標(biāo)準(zhǔn)溶液A置于1 000 mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，混勻；

錸：純度為99.99%，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；實(shí)驗(yàn)所用水均為超純水。

1.2 儀器工作條件

波長(zhǎng)：589.0 nm；燈電流：5 mA；光譜通帶：0.2 nm；空氣流量：4.0 L/min；乙炔流量：2.5 L/min。

1.3 樣品處理

稱取0.500 0 g純錸樣品于150 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入3 mL HNO3，溶解，轉(zhuǎn)移入25 mL塑料容量瓶中，加入10 mL Na標(biāo)準(zhǔn)溶液B和2 mL氯化銫溶液，以水定容。同時(shí)做試劑空白。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

按1.2儀器工作條件，以試劑空白為參比測(cè)定樣品溶液的吸光度，標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定樣品溶液中Na的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 光譜通帶的選擇

由于光譜通帶對(duì)元素分析有重要影響，因此試驗(yàn)了光譜通帶對(duì)0.5 g Re+0.001% Na樣品溶液中Na吸光度的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，光譜通帶由0.2 nm改為0.7 nm時(shí)，樣品溶液中Na的吸光度降低，因此選擇光譜通帶為0.2 nm。

表1 光譜通帶對(duì)Na吸收的影響

2.2 燈電流的選擇

按1.3制備溶液，按1.2儀器工作條件只改變燈電流的大小，測(cè)量Na的吸光度，Na的吸光度隨燈電流變化曲線見(jiàn)圖1。由圖1可知，燈電流對(duì)Na吸光度有顯著影響，Na的吸光度隨燈電流增大而降低，因此選擇燈電流為5 mA。

圖1 燈電流對(duì)Na(10 μg)吸收的影響

2.3 乙炔流量的選擇

按1.3制備溶液，按1.2儀器工作條件只改變乙炔流量的大小，測(cè)量Na的吸光度，Na吸光度隨乙炔流量的變化見(jiàn)圖2。

圖2 乙炔流量對(duì)Na吸光度的影響(10 μg Na)

由圖2可知，Na的吸光度隨乙炔流量增大而增大，因此選則乙炔流量為2.5 L/min。

2.4 電離抑制劑的選擇

電離效應(yīng)是原子吸收光譜法測(cè)定堿金屬元素的一類主要干擾。選擇CsCl和La2O3作為電離抑制劑進(jìn)行試驗(yàn)，按實(shí)驗(yàn)方法配制溶液，電離抑制分別加入含銫20 mg/mL的氯化銫溶液2.5 mL，含鑭10 mg/mL的氯化鑭溶液2.5 mL測(cè)量樣品溶液中的Na，結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果表明，CsCl可消除Na測(cè)量的電離干擾，且效果顯著；而La2O3對(duì)消除Na測(cè)量的電離干擾略有幫助，但效果不如CsCl明顯。因此，選擇CsCl作為本方法的電離抑制劑。

表2 電離抑制劑對(duì)Na吸收的影響

比較不同體積CsCl溶液(0.5～2.5 mL)對(duì)樣品溶液中Na吸收的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同量CsCl溶液(0.5～2.5 mL)對(duì)Na吸收的影響

根據(jù)表3結(jié)果，實(shí)驗(yàn)選擇2 mL含銫20 mg/mL的CsCl溶液作為電離抑制劑。

2.5 溶解酸的用量

純錸樣品通常采用硝酸作為溶解酸，實(shí)驗(yàn)了不同硝酸用量對(duì)Na的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同硝酸用量對(duì)Na吸收的影響

表4結(jié)果表明，硝酸用量的變化對(duì)Na吸收的影響不大，因此選擇3 mL硝酸溶解樣品。

2.6 基體影響試驗(yàn)

按實(shí)驗(yàn)方法配制一系列溶液，分別加入不同Re量(100～500 mg)進(jìn)行基體影響試驗(yàn)。結(jié)果表明，Re對(duì)Na的吸收有抑制作用，隨著Re量的增加，Na的吸光度均趨于穩(wěn)定(見(jiàn)圖3)，因此基體Re的影響可通過(guò)工作曲線匹配來(lái)消除干擾。偏差，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差除以標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的斜率得到該方法的檢出限為0.001 4 μg/mL。

2.8 線性方程、線性范圍

圖3 原子吸收光譜法基體Re對(duì)Na吸光度的影響

按照錸中Na的含量范圍，按1.3配制，加入 0.00，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00 mL Na 標(biāo) 準(zhǔn) 溶液B并進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果表明，Na的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.000 1%～0.001%范圍內(nèi)與吸光度線性關(guān)系良好，線性方程為A=176.1c+0.004，相關(guān)系數(shù)為r=0.999 7。

2.9 回收試驗(yàn)與精密度試驗(yàn)

2.7 方法的檢出限

連續(xù)測(cè)定10次空白溶液的吸光度，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)1.3處理試樣并且?guī)г噭┛瞻?，與試樣平行操作。采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，以試樣溶液標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)得的Na含量減去試劑溶液標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)得的Na含量計(jì)算回收率，結(jié)果列于表5。結(jié)果表明，本方法精密度、準(zhǔn)確度滿足分析要求。

表5 原子吸收光譜法測(cè)定樣品中Na的分析結(jié)果 %

3 結(jié)果

采用AAS法測(cè)定純錸中痕量元素Na，測(cè)量結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度高，該法具有操作簡(jiǎn)便、分析時(shí)間短、干擾少等優(yōu)點(diǎn)，滿足科研生產(chǎn)的要求，填補(bǔ)了行業(yè)內(nèi)檢測(cè)純錸中鈉元素含量的空白。

［1］Biaglow J A. Rhenium material properties［R］. National Aeronautics and Space Administration, Cleveland, OH (United States). Lewis Research Center, 1995.

［2］Boris D B. Rhenium and its alloys［J］. Advanced material and processes，1992，142(3): 22–27.

［3］黃鉞.錸用于超高溫發(fā)射機(jī)［J］.有色與稀有金屬國(guó)外動(dòng)態(tài)，1996(1): 12.

［4］李玉蘭.航空飛機(jī)用錸［J］.有色與稀有金屬國(guó)外動(dòng)態(tài)，1998(6):13–95.

［5］胡德昌，胡濱.航空航天用新材料難熔金屬及其合金［J］.航天工藝，1996(3): 34–40.

［6］鄧勃.應(yīng)用原子吸收與原子熒光光譜分析［M］.北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［7］WELZ. Atomic absorption spectroscopy［M］. New York: Verlay Chemic，1976.

［8］Price W J. Sepectroslopy analysis by atomic absorption［M］.London: Heyden&Son Ltd，1979.

［9］ASTM E 34–2002 鋁和鋁基合金化學(xué)分析的測(cè)試方法［S］.

［10］HB 5219.11–1998 鎂合金化學(xué)分析方法原子吸收光譜法測(cè)定鎳含量［S］.