CN101131340B

CN101131340B - 等离子光谱法测铝合金成分时制备铝合金溶液样品的方法

Info

Publication number: CN101131340B
Application number: CN2006101116496A
Authority: CN
Inventors: 朱向阳
Original assignee: CSR Qishuyan Co Ltd
Current assignee: CRRC Qishuyan Co Ltd
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-08-21
Also published as: CN101131340A

Abstract

本发明涉及一种等离子光谱法测量合金成分时制备铝合金溶液样品的方法。该方法先将固态的铝合金样品放置在塑料容器中，然后向塑料容器中加入足量的非氧化性强酸水溶液并使铝合金样品与强酸水溶液充分接触，塑料容器内的混合物料中有气泡生成；直到不再有气泡生成时，再向混合物料中滴加硝酸的水溶液和氢氟酸的水溶液，直至固态铝合金样品全部溶解，静置使溶液澄清透明后将其稀释至标定体积并摇匀，即得到铝合金样品溶液；或者静置使溶液澄清透明、在进行了后处理后再稀释至标定体积并摇匀，而得到铝合金样品溶液。本发明方法制备的铝合金溶液样品盐度低、光谱背景低且较容易测定微量杂质元素。

Description

等离子光谱法测铝合金成分时制备铝合金溶液样品的方法

技术领域

本发明涉及一种等离子光谱法测量合金成分时制备铝合金溶液样品的方法。

背景技术

电感偶合高频等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)是让待检样品溶液经雾化后与氩气形成气溶胶，由载气(氩气)引入等离子体光源，样品气溶胶经等离子体蒸发、激发形成高能态粒子(元素的原子和离子)，这种不稳定的高能态粒子在向基态转变时，会放出一定波长的光谱线，叫做元素的特征谱线，不同元素的特征谱线经光学系统分离开来，然后由测量元件测量这些特征谱线的强度，通过与特定的标准系列谱线进行比较和计算，可对样品中各种元素进行定性和定量分析。由于等离子体光源最高温度可达7000K～10000K，因此可将大部分无机化合物激发成高能态的原子或离子，故它的分析灵敏度非常高、检出限低、基体背景小，可以测定0.1μg/L以下的元素，对水溶液中痕量元素的测定是一种有效的方法；所以采用等离子体光谱法可以有效测量铝合金的成分。

现有的碱溶法制备等离子光谱法测量铝合金成分时所需铝合金溶液样品的方法是：将固态的铝合金试样碎屑放置在银质或聚四氟乙烯容器中，然后向容器中加入氢氧化钠或氢氧化钾和双氧水，加热而增加铝合金溶解速率直至其完全溶解，获得液态混合物料，接着再向混合物料中加入硫酸、盐酸或硝酸等强酸进行酸碱中和并酸化(如果采用银质容器制备铝合金样品时就不能用硝酸中和并酸化)，酸化后的混合物料可作为铝合金溶液样品送至等离子光谱仪中进行测定。

使用该种碱溶法制备的铝合金溶液样品进行等离子光谱法测量铝合金成分的缺点是：第一，操作复杂，所需时间较长；第二，由于为了促进固态的铝合金溶解，需要对容器进行加热，能耗较多；第三，该种方法所需氢氧化钠或氢氧化钾和双氧水的用量较大；第四，盐度高，随着加入不同的强酸，样品溶液中含有较高浓度的硫酸钠(或硫酸钾)、氯化钠(或氯化钾)或硝酸钠(或硝酸钾)，使得等离子体光谱测定中的光谱背景大，干扰性大，不太适合等离子光谱分析法；第五，由于盐度高，干扰性大，导致很难准确测定铝合金中的微量杂质元素。

发明内容

本发明的目的是在采用等离子光谱法测定铝合金化学成分时提供一种盐度低、光谱背景低和较容易测定微量杂质元素的铝合金溶液样品的制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：本发明的方法具有以下步骤：

①将固态的铝合金样品放置在塑料容器中，然后向塑料容器中加入足量的非氧化性强酸水溶液并使铝合金样品与强酸水溶液充分接触，在强酸的作用下，塑料容器内的混合物料中有气泡生成；

②当容器内的混合物料中不再有气泡生成时，再向混合物料中滴加硝酸的水溶液和氢氟酸的水溶液，直至固态铝合金样品全部溶解，静置使溶液澄清透明后，将澄清透明溶液稀释至标定体积并摇匀，即得到铝合金样品溶液；或者对静置后的澄清透明溶液进行后处理后再稀释至标定体积并摇匀，而得到铝合金样品溶液。

所述技术方案中的术语“标定体积”，是指在使用标准铝合金样品绘制铝合金成分工作曲线时，将定量的固态标准铝合金样品制备成标准铝合金溶液样品时的配制体积，因为只有将待测固态铝合金样品按照与将标准铝合金制备成标准铝合金溶液样品的同样方法进行制备待测铝合金溶液样品时，才能把等离子光谱仪对待测铝合金样品检测的数据与标准工作曲线进行准确、方便的分析，进而得出准确的待测铝合金样品的化学成分含量。

上述步骤②中，在向混合物料中滴加硝酸的水溶液和氢氟酸的水溶液以使固态铝合金样品完全溶解的过程中，当混合物料中仅在溶液底部剩余有沉淀的固态物质时，停止滴加硝酸的水溶液而仅继续滴加氢氟酸的水溶液至底部的固态物质全部溶解；当混合物料中仅在溶液表面上剩余有漂浮的固态物质时，停止滴加氢氟酸的水溶液而仅继续滴加硝酸的水溶液至溶液表面上漂浮的固态物质全部溶解。

当所用等离子光谱仪的进样系统为玻璃进样系统时，由于依照上述步骤①和步骤②所述方法制备的铝合金溶液样品中含有氢氟酸，而氢氟酸会腐蚀玻璃，损坏玻璃进样系统，且由于氢氟酸与玻璃发生反应，还会干扰等离子光谱仪对铝合金中硅元素含量的准确测定，所以当遇到所用进样系统为玻璃进样系统时，则在上述步骤②中，选择对静置后得到的澄清透明溶液进行后处理，所述后处理是向静置后的澄清透明溶液中加入硼酸水溶液；其用途是让硼酸与混合物料中过量的氢氟酸生成比较稳定的氟硼酸，使得最终制备的铝合金溶液样品可以直接取样放入等离子光谱仪中进行检测而不会对等离子光谱仪的玻璃进样系统产生腐蚀，同时也有效防止干扰对铝合金中硅元素含量的测定。

上述步骤②中，选择后处理时，其中所用硼酸水溶液所含硼酸的质量与步骤②中所用氢氟酸的水溶液中所含HF的质量比为2～4∶1。所用硼酸水溶液中硼酸的重量百分含量为1％～5％，优选为2％～5％。

上述步骤①中，所述铝合金为高硅铝合金，硅元素在所述高硅铝合金中的重量百分含量是0.5％～25％，优选1％～15％。

上述步骤①中，所述非氧化性强酸是指与金属反应时酸根离子不发生化学变化的且在水溶液中能够完全电离的酸；由于稀盐酸或稀硫酸容易采购且价格较为低廉，所以本发明将稀盐酸或稀硫酸作为所选用非氧化性强酸的优选方案，至于所用非氧化性强酸中的浓度含量并无特殊要求，只需要适合于操作即可。例如所述稀盐酸中盐酸的重量百分含量一般可选用5％～30％，环境压力和环境温度下的饱和浓度的盐酸水溶液也是可行的；所述稀硫酸中硫酸的重量百分含量一般可选用10％～60％。

上述步骤②中，对所用氢氟酸中氟化氢的含量和所用硝酸中硝酸的含量并无特殊要求，只需要适合于滴定操作即可。一般采用氟化氢的重量百分含量为8％～40％的氢氟酸水溶液，优选为10％～35％；硝酸的重量百分含量为40％～90％的硝酸水溶液，优选为30％～80％。

本发明具有积极的效果：(1)本发明方法无需向固态铝合金中加入氢氧化钠或氢氧化钾和双氧水，也无需加热，与现有技术的碱溶法制备铝合金溶液样品的方法相比，具有步骤简单，效率较高的优点。(2)本发明方法无需加热，且由于采用酸溶法溶解铝合金，溶解速度较快，与现有技术的碱溶法制备铝合金溶液样品的方法相比，具有耗时短的优点。(3)本发明方法采用酸溶法溶解铝合金，与现有技术的碱溶法制备铝合金溶液样品的方法相比，具有所需试剂较少的优点。(4)本发明方法制备的铝合金溶液中，盐度低、光谱背景低，非常适合于等离子光谱分析。在利用电感偶合高频等离子体光谱法对铝合金中各元素含量进行测定的过程中，例如，选取0.1g固态铝合金样品用于制备铝合金溶液样品，如果采用传统的碱溶法制备，则在制成的成品铝合金溶液样品中，钠或钾离子在溶液中的含量约为5000mg/L～10000mg/L，而此时溶液中待测的合金元素的含量为1mg/L～100mg/L，其他杂质元素的含量一般在0.01～1mg/L；同时，由于碱金属钠或钾元素是一种极易被激发的元素，所发射的光强度高，这样就使得杂散光光强也较高；而且钠或钾在多个波长有特征光谱，使得杂散光波长分布也广，这就容易对合金元素的光谱测量造成干扰，对于含量只有钠或钾的几十万分之一的杂质元素的测定则干扰更大。另外，由于所用氢氧化钠或氢氧化钾也常常含有少量的镁、钙等杂质元素，其含量已经足以影响利用电感偶合高频等离子体光谱法对铝合金中的镁、钙等元素含量进行检测的测定结果，使其结果产生较大的误差。而如果采用本发明方法制备铝合金样品，由于所用试剂主要是各种酸，且其中大量含有的元素是氮、硫或氯、氟、硼等非金属元素，它们都属于较难被激发的元素，且特征谱线大多在远紫外区，光谱强度又很弱，所以在等离子光谱测定中的光谱背景就很小；所以采用本发明方法制备的铝合金溶液样品，具有盐度低、光谱背景低、干扰性小的优点，使得依照本发明方法制备的铝合金溶液样品，非常适合于采用电感偶合高频等离子体光谱法对包括微量杂质元素在内的铝合金各元素成分含量进行测定。

具体实施方式

称取1.5克牌号为ZL104的固态的碎屑状铝合金样品，将其分成质量相等的I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII、IX、X、XI、XII、XIII、XIV、XV共十五份，每份为0.1000克，分开放置待用。

(实施例1)

本实施例为等离子光谱法测量第I份铝合金样品时制备所需铝合金溶液样品的方法，具有以下步骤：

①取上述第I份铝合金样品，放置在透明的100ml塑料容量瓶中，然后向塑料容量瓶中加入10ml质量百分浓度为20％的盐酸水溶液，并使固态铝合金样品位于混合物料液面下，在盐酸的作用下，容器内的混合物料中有气泡生成，铝合金逐渐溶解；

②当塑料容量瓶内的混合物料中不再有气泡生成时，再向混合物料中滴加2ml质量百分浓度为65％的硝酸水溶液和10滴质量百分浓度为40％的氢氟酸水溶液(20滴氢氟酸水溶液的体积约为1ml，也即每滴溶液的体积为0.05ml)，静置一段时间后发现，混合物料中仅在溶液底部剩余有沉淀的固态物质。此时，停止滴加硝酸的水溶液而仅继续滴加5滴质量百分浓度为40％氢氟酸的水溶液直至容量瓶底部的固态物质全部溶解，再静置使混合物料澄清透明后，向混合溶液中加入去离子水，直至液面到达容量瓶100ml刻度值处，摇晃塑料容量瓶使混合物料混合均匀后，将容器内的澄清透明溶液作为等离子光谱法测量铝合金成分时的所需的待测铝合金溶液样品。

采用电感耦合等离子光谱仪对本实施例所制备铝合金溶液样品进行的检测：

将制备好的铝合金待测溶液样品吸入等离子光谱仪进料系统中，对其进行检测，将检测数据与标准工作曲线(该标准工作曲线是使用该种等离子光谱仪对按照与本实施例相同的方法制备的同一系列的不同含量的标准铝合金的标准样品溶液进行检测、绘制得到的标准工作曲线)进行分析对比，其分析结果是：本实施例铝合金样品(即第I份铝合金样品)中的各组分元素及各组分元素在该样品中的重量百分含量见表1。

(实施例2至实施例5)

实施例2至实施例5中的各实施例为等离子光谱法测量第II份至第V份铝合金样品时制备所需铝合金溶液样品的方法，其制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：各实施例的制备过程中所用药品的浓度和用量有所不同，实施例2至实施例5中的各实施例所用药品的用量和浓度的相关数据见表1。

采用电感耦合等离子光谱仪对实施例2至实施例5所制备的铝合金溶液样品进行检测，其检测和分析方法与实施例1基本相同，不同之处在于：实施例2至实施例5所制备的铝合金溶液样品的分析结果有所不同，其相关数据见表1。

表1

(实施例6)

本实施例为等离子光谱法测量第VI份铝合金样品成分时制备所需铝合金溶液样品的方法，其制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤①中，所用非氧化性强酸为质量百分浓度为30％的硫酸水溶液，其用量为10ml；步骤②中，当塑料容量瓶内的混合物料中不再有气泡生成时，再向混合物料中滴加1ml质量百分浓度为65％的硝酸水溶液和15滴质量百分浓度为40％的氢氟酸水溶液，静置一段时间后发现，混合物料中仅在表面上剩余有漂浮的固态物质。此时，停止滴加氢氟酸的水溶液而仅继续滴加1ml质量百分浓度为65％的硝酸的水溶液至溶液表面上漂浮的的固态物质全部溶解；再静置使混合物料澄清透明后，向混合溶液中加入去离子水，直至液面到达容量瓶100ml刻度值处，摇晃塑料容量瓶使混合物料混合均匀后，将容器内的澄清透明溶液作为等离子光谱法测量铝合金成分时的所需的待测铝合金溶液样品。

采用电感耦合等离子光谱仪对本实施例所制备的铝合金溶液样品进行检测：

将制备好的铝合金待测溶液样品吸入等离子光谱仪进料系统中，对其进行检测，将检测数据与标准工作曲线(该标准工作曲线是使用该种等离子光谱仪对按照与本实施例相同的方法制备的同一系列的不同含量的标准铝合金的标准样品溶液进行检测、绘制得到的标准工作曲线)进行分析对比，其分析结果是：本实施例铝合金样品(即第VI份铝合金样品)中的各组分元素及各组分元素在该样品中的重量百分含量见表2。

(实施例7至实施例10)

实施例7至实施例10中的各实施例为等离子光谱法测量第VII份至第X份铝合金样品时制备所需铝合金溶液样品的方法，其制备方法与实施例6基本相同，不同之处在于：各实施例的制备过程中所用药品的浓度和用量有所不同，实施例7至实施例10中的各实施例所用药品的用量和浓度的相关数据见表2。

采用电感耦合等离子光谱仪对实施例7至实施例10所制备的铝合金溶液样品进行检测，其检测和分析方法与实施例6基本相同，不同之处在于：实施例7至实施例10所制备的铝合金溶液样品的分析结果有所不同，其相关数据见表2。

表2

下述实施例11至实施例15中所用的电感耦合等离子光谱仪不具备氢氟酸进样系统，所以要对所需铝合金溶液样品进行后处理后方能应用电感耦合等离子光谱仪对铝合金溶液样品进行检测。

(实施例11)

本实施例为等离子光谱法测量第XI份铝合金样品时制备所需铝合金溶液样品的方法，具有以下步骤：

①取上述第XI份铝合金样品，放置在透明的100ml塑料容量瓶中，然后向塑料容量瓶中加入10ml质量百分浓度为20％的盐酸水溶液，并使固态铝合金样品位于混合物料液面下，在盐酸的作用下，容器内的混合物料中有气泡生成，铝合金逐渐溶解；

②当塑料容量瓶内的混合物料中不再有气泡生成时，再向混合物料中滴加2ml质量百分浓度为65％的硝酸水溶液和15滴质量百分浓度为40％的氢氟酸水溶液(20滴氢氟酸水溶液的体积约为1ml，也即每滴溶液的体积为0.05ml)，静置一段时间后固态物质全部溶解，待混合物料澄清透明后，向溶液中加入30ml的重量百分浓度为4％硼酸水溶液，向混合溶液中加入去离子水，直至液面到达容量瓶100ml刻度值处，摇晃塑料容量瓶使混合物料混合均匀后，将容器内的澄清透明溶液作为等离子光谱法测量铝合金成分时的所需的待测铝合金溶液样品。

采用电感耦合等离子光谱仪对本实施例所用铝合金进行的检测：

将制备好的铝合金待测溶液样品吸入等离子光谱仪进料系统中，对其进行检测，将检测数据与标准工作曲线(该标准工作曲线是使用该种等离子光谱仪对按照与本实施例相同的方法制备的同一系列的不同含量的标准铝合金的标准样品溶液进行检测、绘制得到的标准工作曲线)进行分析对比，其分析结果是：本实施例铝合金样品(即第XI份铝合金样品)中的各组分元素及各组分元素在该样品中的重量百分含量见表3。

(实施例12至实施例15)

实施例12至实施例15中的各实施例为等离子光谱法测量第XII份至第XV份铝合金样品时制备所需铝合金溶液样品的方法，其制备方法与实施例11基本相同，不同之处在于：各实施例的制备过程中所用药品的浓度和用量有所不同，实施例12至实施例15中的各实施例所用药品的用量和浓度的相关数据见表3。

采用电感耦合等离子光谱仪对实施例12至实施例15所制备的铝合金溶液样品进行检测，其检测和分析方法与实施例11基本相同，不同之处在于：实施例12至实施例15所制备的铝合金溶液样品的分析结果有所不同，其相关数据见表3。

表3

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种等离子光谱法测铝合金成分时制备铝合金溶液样品的方法，具有以下步骤：

②当容器内的混合物料中不再有气泡生成时，再向混合物料中滴加硝酸的水溶液和氢氟酸的水溶液，直至固态铝合金样品全部溶解，静置使溶液澄清透明后，将澄清透明溶液稀释至标定体积并摇匀，即得到铝合金样品溶液；或者向静置后的澄清透明溶液中加入硼酸水溶液后，再稀释至标定体积并摇匀，而得到铝合金样品溶液；

在向混合物料中滴加硝酸的水溶液和氢氟酸的水溶液以使固态铝合金样品完全溶解的过程中，当混合物料中仅在溶液底部剩余有沉淀的固态物质时，停止滴加硝酸的水溶液而仅继续滴加氢氟酸的水溶液至底部的固态物质全部溶解；当混合物料中仅在溶液表面上剩余有漂浮的固态物质时，停止滴加氢氟酸的水溶液而仅继续滴加硝酸的水溶液至溶液表面上漂浮的固态物质全部溶解。

2.根据权利要求1所述的等离子光谱法测铝合金成分时制备铝合金溶液样品的方法，其特征在于：后处理步骤中的所用硼酸水溶液所含硼酸的质量与步骤②中所用氢氟酸的水溶液中所含氟化氢的质量比为2～4∶1。

3.根据权利要求2所述的等离子光谱法测铝合金成分时制备铝合金溶液样品的方法，其特征在于：所用硼酸水溶液中硼酸的重量百分含量为1％～5％。

4.根据权利要求3所述的等离子光谱法测铝合金成分时制备铝合金溶液样品的方法，其特征在于：所用硼酸水溶液中硼酸的重量百分含量为2％～5％。

5.根据权利要求1所述的等离子光谱法测铝合金成分时制备铝合金溶液样品的方法，其特征在于：步骤①中，所述铝合金为高硅铝合金，硅元素在所述高硅铝合金中的重量百分含量是0.5％～25％；步骤①中，所述非氧化性强酸是稀盐酸或稀硫酸。

6.根据权利要求5所述的等离子光谱法测铝合金成分时制备铝合金溶液样品的方法，其特征在于：硅元素在所述高硅铝合金中的重量百分含量是1％～15％；步骤①中，所述稀盐酸中盐酸的重量百分含量为5％～30％，所述稀硫酸中硫酸的重量百分含量为10％～60％。

7.根据权利要求1所述的等离子光谱法测铝合金成分时制备铝合金溶液样品的方法，其特征在于：步骤②中，所用氢氟酸中氟化氢的重量百分含量为8％～40％，所用硝酸中硝酸的重量百分含量为40％～90％。