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一種電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定鎳鎢合金中鈰的新方法

                     

 鎳鎢合金廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、航天和軍事工業(yè)等領(lǐng)域,并隨著社會(huì)發(fā)展日益被關(guān)注。由于添加微量稀土元素可顯著改善材料的性能,故準(zhǔn)確定量測(cè)定稀土元素具有重要意義。

 對(duì)于鋼鐵和合金樣品,多采用酸溶法對(duì)樣品進(jìn)行溶解,再用電感耦合等離子體質(zhì)譜法( ICP-MS)或電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)進(jìn)行檢測(cè)。而對(duì)于難溶的合金樣品,若不使用氫氟酸,難以將樣品消解完全;但若使用氫氟酸,則氫氟酸會(huì)與稀土元素、尤其是輕稀土元素反應(yīng)生成難溶的氟化物,從而對(duì)C e的測(cè)定有影響。本文建立了使用硝酸-過(guò)氧化氫(不使用氫氟酸)溶解樣品,ICP-MS法測(cè)定鎳鎢合金中痕量C e的方法。方法應(yīng)用于實(shí)際樣品測(cè)定,結(jié)果滿意。

1  實(shí)驗(yàn)部分

1.1  儀器和試劑

    Agilent 7700電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國(guó)Agilent)。

    硝酸:優(yōu)級(jí)純;硝酸(1+1);過(guò)氧化氫(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%):優(yōu)級(jí)純;C e標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(鋼鐵研究總院):1 000ug /m L.介質(zhì)為10% (V/V)硝酸;R h標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(鋼鐵研究總院):1 000 ug/m L,介質(zhì)為10%(V/V)硝酸;R h內(nèi)標(biāo)溶液:10 ug/m L,介質(zhì)為10%(V/V)硝酸,由1000ug /m L R h標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(鋼鐵研究總院)逐級(jí)稀釋而成;儀器調(diào)諧溶液:Li、Co、Y、C e、T l均為1 n g/m L混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,介質(zhì)為2%(V/V)硝酸,以1 000 ug/m L各單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(鋼鐵研究總院)逐級(jí)稀釋制得。

    實(shí)驗(yàn)用水為超純水(18.2 .cm):由Milli-Q超純水系統(tǒng)制得。

1.2溶樣方法

    稱(chēng)取0.05 g(精確至0.000 1 g)鎳鎢樣品,置于75 m L燒杯中,加5 m L硝酸(1+1),低溫加熱溶解(不超過(guò)60℃)。期間多次滴加過(guò)氧化氫,保持樣品不被淡黃色沉淀包覆,直至樣品全部溶解。過(guò)氧化  氫的加入量視樣品中W含量而定,一般為2~5M L。加熱煮沸至溶液渾濁,并繼續(xù)煮沸2 min,使過(guò)氧化氫全部分解,溶液重新析出淡黃色沉淀。加入0.1 m L 10 ug/m L R h內(nèi)標(biāo)溶液,用水稀釋定容至50 m L,搖勻,靜置。取上層清液,采用ICP-MS檢測(cè)。隨同做空白實(shí)驗(yàn)。

  2  結(jié)果與討論

  2.1  溶樣方法

    按照實(shí)驗(yàn)方法,分別采用硝酸-過(guò)氧化氫法和硝酸-氫氟酸法兩種方法對(duì)樣品進(jìn)行溶解并測(cè)定。硝酸-過(guò)氧化氫法的操作步驟為:用5 m L硝酸(1+1)低溫加熱溶解,期間多次滴加過(guò)氧化氫,溶清后趕盡過(guò)氧化氫;硝酸-氫氟酸法的操作步驟為:用5 m L硝酸(1+1)低溫加熱溶解,滴加5滴氫氟酸至樣品溶解清亮。平行6次試驗(yàn)的結(jié)果表明:采用硝酸-過(guò)氧化氫法進(jìn)行溶樣,樣品可溶解完全,測(cè)得結(jié)果的平均值為72.8 ug/g,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=6)為2.20%;采用硝酸-氫氟酸法溶解樣品時(shí),溶液澄清,測(cè)得結(jié)果的平均值為44.7 t/g/g,較硝酸過(guò)氧化氫法偏低,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=6)為16. 73%,測(cè)定重復(fù)性較差。硝酸-氫氟酸法測(cè)定值較低的原因?yàn)椋弘m然氟離子會(huì)與氧化鎢形成穩(wěn)定的絡(luò)合物而溶清樣品;但同時(shí)也與C e生成難溶的氟化物而造成了C e的部分損失。因此,實(shí)驗(yàn)選擇硝酸-過(guò)氧化氫法進(jìn)行溶樣。

2.2  過(guò)氧化氫溶解機(jī)理

    過(guò)氧化氫在樣品溶解過(guò)程中充當(dāng)?shù)淖饔弥饕菍悠繁砻姘驳腤溶解掉從而促進(jìn)樣品繼續(xù)溶解。其溶樣機(jī)理推斷為,單質(zhì)W被過(guò)氧化氫氧化成水合鎢酸,然后水合鎢酸再由過(guò)氧化氫兩個(gè)過(guò)氧鏈上氧的孤對(duì)電子螯合、生成螯合物——一五氧化

    一方面,樣品溶液中過(guò)量的過(guò)氧化氫分解產(chǎn)生氣泡,會(huì)造成進(jìn)液不勻;另一方面,五氧化鎢螯合物中4個(gè)氧為-1價(jià),1個(gè)氧為-2價(jià)。用硝酸一過(guò)氧化氫法溶清的鎳鎢合金中,不夠穩(wěn)定,淡黃色三氧化鎢會(huì)逐漸析出,易造成錐孔甚至霧化器的堵塞。因此必須在樣品溶清后,加熱煮沸至溶液渾濁,繼續(xù)煮沸2 min,使過(guò)氧化氫全部分解,淡黃色沉淀析出,待測(cè)液呈穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3  儀器參數(shù)的選擇

    用Li、Co、Y、C e、T l均為1.0ug/L的調(diào)諧溶液對(duì)儀器條件進(jìn)行最優(yōu)化,使各元素的靈敏度、信號(hào)穩(wěn)定性(小于3%)、氧化物產(chǎn)率(小于2%)及二次離子產(chǎn)率(小于2%)等均達(dá)到理想值。經(jīng)優(yōu)化后的參數(shù)見(jiàn)表1。

2.4  同位素及內(nèi)標(biāo)

    C e同位素由136℃e(0. 185%,平均豐度,下同)、138 C e(0. 251%)、140Ce(88. 45%)和14 2Ce(11. 114%)組成。根據(jù)“豐度越大靈敏度越高”及“最小干擾”的原則,選擇140 C e作為待測(cè)元素同位素。

    C e的第一電離能為528 kJ/mol,R h的第一電離能為746 kJ/mol,兩者相差不大,電離成一價(jià)離子難易程度相當(dāng);而且樣品中一般不含R h元素,故實(shí)驗(yàn)選擇R h為內(nèi)標(biāo)。以20 ug/L R h為內(nèi)標(biāo),考察了R h對(duì)同一樣品溶液的校正作用,結(jié)果隨時(shí)間的變化情況見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn):采用Rh為內(nèi)標(biāo),可有效校正儀器的長(zhǎng)期信號(hào)漂移。故實(shí)驗(yàn)選用20ug/L R h為內(nèi)標(biāo)。

2.5校準(zhǔn)曲線

    采用C e標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液依次配制質(zhì)量濃度分別為0、5、10、50、100、200 ug/L的C e標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,以20 ug/L R h作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明:以C e質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),C e與R h的信號(hào)強(qiáng)度比值為縱坐標(biāo),繪制校準(zhǔn)曲線,二者呈良好的線性關(guān)系,線性回歸方程為y=0. 688 X+0.047,線性相關(guān)系數(shù)R2=0. 999。根據(jù)國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)對(duì)方法檢出限(D.L.)的規(guī)定,對(duì)試劑空白連續(xù)測(cè)定20次,得到空白的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.018 35

ug/g,以CL=kSb/m(其中:CL為檢出限;m為校準(zhǔn)曲線濃度范圍內(nèi)的斜率;S b為空白標(biāo)準(zhǔn)偏差;是為置信因子,置信水平為90%時(shí),取k=3)計(jì)算得到固體樣品中C e的方法檢出限為0.08 ug/g,以3.3倍檢出限計(jì)算得到測(cè)定下限為0. 26ug/g。

3  樣品分析

    目前尚難找到合適的C e含量定值的鎳鎢合金標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),故按實(shí)驗(yàn)方法對(duì)鎳鎢實(shí)際樣品進(jìn)行測(cè)定,并加入C e標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn),結(jié)果如表2所示。

4摘  要:根據(jù)鎳鎢難溶特性,采用硝酸低溫加熱溶解樣品后,多次滴加過(guò)氧化氫螯合樣品表面包覆的氧化鎢以保證樣品被溶解完全,建立了電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定鎳鎢合金中痕量鈰的方法。在選定的儀器測(cè)定條件下,選擇1 40Ce為待測(cè)元素同位素,以20 ug/L銠為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行測(cè)定,以鈰與銠的信號(hào)強(qiáng)度比值為縱坐標(biāo),鈰質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)繪制校準(zhǔn)曲線,結(jié)果表明:二者呈良好的線性關(guān)系,線性回歸方程為y =0.688 x+0.047,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.999。方法中鈰檢出限為0.08 ug/g.測(cè)定下限為0.26 ug/g。方法應(yīng)用于實(shí)際樣品中鈰的測(cè)定,測(cè)得結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=9)為0.10%~1.0%,回收率為88%~117%。

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