分享：电感耦合等离子体原子发射光谱法测定哈氏合金中Cr、Fe、Mn、Mo、Ni的含量

    哈氏合金（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙａｌｌｏｙ）由Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ等元素组成，属于高等镍基合金，镍为面心立方结构，晶体学上的稳定性使得它能够比铁基合金容纳更多的合金元素［１］。哈氏合金作为高级镍基合金，在湿氧、亚硫酸、强氧化盐介质中都有优异的抗腐蚀性能［１］，同时具有优良的强度、塑性、韧性、冶金稳定性、可加工性及可焊接性，已广泛应用于航空航天、核电及船舶等领域［２］。

    哈氏合金中的化学元素含量直接影响合金的性能，因此准确测定哈氏合金的化学成分是哈氏合金应用的重要保证。目前，关于哈氏合金成分的分析方法有滴定法［３４］、重量法［５６］和分光光度法等，这些方法几乎都有分析程序长、操作较复杂、只可单元素测定的缺点。核反应堆内辐照后的哈氏合金样品具有放射性，长时间操作会给辐射防护带来很多难题。电感耦合等离子体原子发射光谱法（ＩＣＰＡＥＳ）具有可同时测定多种元素、检出限低、线性范围宽、基体效应小、灵敏度高等特点，已被广泛应用［７１６］，但针对核反应堆内辐照后哈氏合金中主要化学元素的

    ＩＣＰＡＥＳ分析方法还鲜有报道。本工作利用ＩＣＰＡＥＳ分析技术，对辐照后哈氏合金的溶解制样方法、元素分析线的选用及仪器分析参数的优化等因素进行探讨，建立核反应堆内辐照后哈氏合金中Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ的分析方法。

１ 试验部分

１．１ 仪器与试剂

    ＴＪＡＩＲＩＳＨＲＤＵＯ型电感耦合等离子体原子发射光谱仪；ＡＧ２４５型电子天平；ＨＵＭＡＮ型超纯水机；ＹＱ２２０型超声波清洗机。Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ混合标准储备溶液：１．０００ｇ·Ｌ－１。Ｍｏ标准储备溶液：１．０００ｇ·Ｌ－１。

硝酸、盐酸、乙醇为优级纯，高纯镍纯度大于９９．９９％，氩气纯度为９９．９９９５％，试验用水为超纯水。

１．２ 仪器工作条件

    射频发生器功率为１１５０ Ｗ；雾化气压力为０．１５２ＭＰａ；辅助气流量为０．５Ｌ·ｍｉｎ－１；冷却气

流量为１５Ｌ·ｍｉｎ－１；蠕动泵速为１００ｒ·ｍｉｎ－１；观测方向为水平；积分时间，长波段１５ｓ，短波段５ｓ。

１．３ 试验方法

    称取试样０．１～０．２ｇ置于微波消解罐中，加盐酸硝酸（７＋１）混合酸３ｍＬ，放入微波炉中，中高火微波消解５ｍｉｎ，待温度降至室温后，继续微波消解５ｍｉｎ。样品完全溶解后，转移至５０ｍＬ容量瓶中，用水定容。同样方法制作空白。在仪器工作条件下进行测定。

２ 结果与讨论

２．１ 试样前处理方法

     哈氏合金在溶解制样前，先要在乙醇中超声清洗，以清洗干净试样表面因切割取样而沾污的油渍。清洗干净的试样，烘干，在保干器中保存。采用不同体积比（１∶１，３∶１，５∶１，７∶１）的盐酸硝酸混合酸对试样进行微波解，结果发现，４种不同比例的混合酸均能很好地消解样品。

２．２ 分析线的选择

    高频等离子体炬焰温度很高，能发射出丰富的离子和原子谱线。哈氏合金成分复杂，除镍基体外，还包括高含量的Ｆｅ、Ｍｏ、Ｍｎ等元素，谱线干扰多，有的甚至很严重。按照样品中存在的元素，配制一系列混合标准溶液、纯镍基溶液和镍基合金溶液，根据各元素的含量及性质，从仪器软件谱线库中选择

    多条待测元素谱线，并进行筛选。当各元素的谱线有叠加时，尽量选择强度大，峰形好，灵敏度高，干扰小的谱线作为分析线。通过对各元素光谱干扰的考察，试验选取各元素分析线为：Ｃｒ２６７．７１６ｎｍ，Ｆｅ２５９．８３７ｎｍ，Ｍｎ２５７．６１０ｎｍ，Ｍｏ２０４．５９８ｎｍ，Ｎｉ３００．２４９ｎｍ。

２．３ 射频功率的选择

    试验考察了谱线强度和信号噪声随射频功率的变化，结果表明：各待测元素的谱线强度随射频功率增加而增大，同时信号噪声也随之增加，导致信背比下降；当射频功率从９５０ Ｗ 增至１１５０ Ｗ 时，各元素信号强度增加比较大；但当射频功率从１１５０ Ｗ增至１３５０Ｗ 时，信号强度增加很小，Ｍｎ的信号强度略有降低。考虑到多元素同时测定、各元素的含量及谱线的信背比等因素，试验选择射频发生器的功率为１１５０Ｗ。

２．４ 观测时间的选择

    设定仪器的射频功率为１１５０ Ｗ，蠕动泵转速为１００ｒ·ｍｉｎ－１。改变观测时间（短波段２０ｓ／长波段１０ｓ，短波段１５ｓ／长波段５ｓ），测定各种元素的分析线强度。结果显示：当观测时间增加时，谱线强度增加，但随之背景也增强，使得信背比反而降低。试验选择观测时间为短波段１５ｓ／长波段５ｓ。

２．５ 基体效应

    哈氏合金中镍的含量非常高，会干扰其他元素的测定。试验考察了在其他４种元素质量浓度均为１０．０ｍｇ·Ｌ－１，镍质量浓度为１．０ｇ·Ｌ－１时，元素分析线强度的变化。结果表明：镍基体质量浓度为

１．０ｇ·Ｌ－１时，镍对其他４种元素皆不存在光谱干扰。

２．６ 标准曲线及检出限

    配制各元素质量浓度均为０，２．００，４．００，６．００，８．００，１０．０ｍｇ·Ｌ－１标准溶液系列，在选定的分析线下 绘 制 标 准 曲 线，各 元 素 的 线 性 范 围 均 在１０．０ｍｇ·Ｌ－１以内，线性回归方程及相关系数见表１。对空白样品溶液连续测定１０次，以３倍的标准

偏差计算检出限，结果见表１。

由表１可知：各元素的线性相关系数均大于０．９９９，检出限均较低，能够满足分析测试的要求。

２．７ 精密度与准确度

    在选定的工作条件下对质量浓度为６．００ｍｇ·Ｌ－１混合标准溶液，连续测定１０次，Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ测定值的相对标准偏差分别为 ０．４１％，０．９６％，０．８７％，０．４３％，０．７４％，说明方法精密度良好。按试验方法测定标准样品６９３４ＧＨ１３５，考察方法的准确度，结果见表２。

    由表２可知：测定值与认定值的相对误差在－０．５４％～０．２２％之间，说明方法准确度高。

２．８ 样品分析

样品分析结果见表３。

    本工作采用盐酸硝酸混合酸微波消解的制样方法，能够很好的将辐照后哈氏合金溶解，利用电感耦合等离子体原子发射光谱法对 Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ进行测定，方法简便，测定结果稳定可靠，灵敏度和准确度较高，可满足样品的分析测定工作。

（文章来源：材料测试网-理化试验-化学分册）