ICP-AES测定钴基高温合金中硅方法初探

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ICP-AES测定钴基高温合金中硅方法初探

鲍叶琳,刘鹏宇,臧慕文

（国标（北京）检验认证有限公司,北京 100088）

摘　要：测定高温合金中的硅，传统的方法是采用盐酸硝酸混酸分解，加入氢氟酸，水浴加热溶解样品中硅，以钼蓝分光光度法测定。因钴基高温合金具有坚硬且耐腐蚀等特点，采用电炉加热分解样品时间长且样品易沾污；钼蓝光度法显色需要多种试剂，显色过程时间长。本文采用微波消解样品，用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)，通过选择元素间相对无干扰的光谱线251.611nm或288.158nm作为Si的分析线，测定了钴基高温合金中的硅。方法检出限为0.008μg/mL，加标回收率为95.3%。11次平行测定的相对标准偏差为1.8%。精密度和正确度能满足分析要求。

关键词：电感耦合等离子体原子发射光谱法；微波消解；钴基高温合金；硅DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.050

　　钴基高温合金因硬度大，有优良的高温抗氧化与耐腐蚀性能等优点，被广泛应用于制作涡轮发动机叶片的合金材料[1]。主要用于航空喷气发动机、工业燃气轮机、舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导叶以及柴油机喷嘴，在医学上还可用于人工关节等[2]。高温合金中的硅元素影响着合金的硬度，可以通过控制合金中的Si 含量来改变合金组织和硬度[3]。　　目前针对合金中硅的检测方法主要为分光光度法和重量法。钴基高温合金坚硬而耐腐蚀，用电炉加热分解样品需时长，易沾污或损失样品，不适合于大批量任务的检测。电感耦合等离子发射光谱分析法（ICP-AES）可同时测定多种元素，操作简单快捷。本文研究了钴基高温合金试样消解方法初步探索了其中硅含量的ICP-AES测定方法。

后冷却，定容后测定，回收率只有90%。说明160℃的消解温度已经可以造成Si的挥发损失。2.3　消解酸度的选择

　　称取0.1g（精确至0.0001g）样品，分别加入不同比例的盐硝混酸以及5mL氢氟酸，按表1中条件消解后测定，对比结果见图1。

1　实验部分

1.1　仪器与试剂

　　725-ICP-AES发射光谱仪（美国安捷伦公司）。CEM-MARS5微波消解仪（美国CEM公司）。HCl，HNO3, HF（GR）；Si标准储备液（1. 0 mg /mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心）；二次去离子水。

1.2　试验方法

　　称取0.10g（精确至0.0001g）样品，置于100mL微波消解罐中，加入混酸（VHCl：VHNO3：VHF=10：3：5），加盖密封，将消解罐置于微波消解仪。仪器参数的设置见表1。待消解结束后，温度冷却至低于60℃时取出，将溶液转移入250mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。同时做一份空白溶液，和处理完的样品溶液一起用ICP-AES检测。

表1　微波消解的参数设定

图1

　　结果表明，增大盐硝混酸的量对结果没有显著的影响。酸度高会影响检测仪器的使用寿命，增加环境负担。在样品消解完全的前提下，应该用最少量的酸，所以选择10mL盐酸，3mL硝酸溶解样品。2.4　共存元素干扰和分析线波长的选择

表2　共存元素干扰

2　结果与讨论

2.1　样品预处理方式的选择

　　采用电热板加热。0.1g 样品需要加入25mL浓盐酸，5mL浓硝酸，于200℃电热板上加热3h，趁热加入5mL氢氟酸，继续低温加热至溶解完全，可得到清亮溶液。相比微波消解的样品预处理方式，传统的电热板加热不理想。2.2　消解参数的选择

　　称取0.10g（精确至0.0001g）样品，分别采用不同的消解温度、不同的消解时间。表1步骤2中的温度和时间分别选择160℃和20 min，140℃和40 min，140℃和20 min，120℃和40 min。其中采用140℃加热保持20 min时测得Si的含量最高，检测值为质量分数1.04%。在同样140℃的消解温度下，增加保持时间得到的结果偏低；在相同的保持时间下提高消解温度，结果进一步降低。而140℃加热保持20 min的条件，得到的结果与传统光度法的结果（1.06%）吻合。若消解温度降至120℃，即使加热时间达到40min，仍有部分Si未能完全消解。消解温度高，时间长，Si易与氢氟酸生成易挥发的SiF4。于样品空白中加入20μg/mL的Si标准溶液，在160℃的消解温度下，保持20 min

　　根据实际样品的情况，选择50μg/mL的铝、钴、铬、铁、锰、镍、钼、钨、钽元素的标准溶液进行共存元素干扰的考察。使用纯试剂标准曲线，分别于250.690nm，251.611nm和288.158nm处观察表2中各元素的测定值，结果见表2。Co250.688对Si250.690光谱线存在不可忽略的干扰，Mo251.609光谱线对Si251.611nm光谱线存在干扰；当待测溶液中的Mo质量浓度大于10μg/mL时，Mo对Si251.611分析线的干扰已经不可忽略。W288.159光谱线对Si288.158光谱线存在干扰；当待测溶液中的W质量浓度大于7μg/mL时，W对Si288.158分析线的干扰已经不可忽略。Ta288.160光谱线对Si 288.158分析线存在不可忽略的干扰；当待测溶液中的Ta质量浓度大于0.8μg/mL时，W对Si288.158分析线的干扰已经不可忽略。当样品中含有较高的W，Mo， （下转第77页）

能源技术

　　渠道水利用系数:

ηo=1-σL，土渠：σ=K/Q净，衬砌渠：σ0=ε0×σ

　　式中：σ——渠道单位长度水量损失率（ %.km）。L——渠道长度（km）。K——土壤透水性系数。m——土壤透水性指数。ε0——衬砌渠道渗水修正系数。

　　滴灌、涌泉灌管网溉水利用系数为0.90，如果以井水为水源，机井在条田边，管网替代的是农渠、田间、则灌溉水利用系数按下式计算：

η=η干×η支×η斗×η滴=0.909×0.943×0.862×0.9=0.665

　　喷灌身的灌溉水利用系数为0.85，如果以渠水为水源，在斗渠上引水，管网替代农渠、田间。灌溉水利用系数[8]按下式计算：

η=η干×η支×η斗×η喷=0.909×0.943×0.862×0.85=0.628　　各种灌溉方法的灌溉水利用系数以此类推。智能化微润灌溉为前两种结合计算。本实验采用750 W的电泵，20 mm管径。

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4　讨论

　　根据有效数据显示，农户的灌溉耗水分主要为两部分，一部分供作物生长所需，另一部分由于渗透、蒸发而浪费掉了。其中浪费掉的水比重非常大，甚至一些土质较差的地区渗漏损失达到70 %以上。　　因此发展节水农业是农业现代化的必然趋势，是解决农业水资源短缺、保证农业可持续发展的根本出路。

　　一种新型太阳能集水蓄水智能化微润灌溉系统遵循不同地区的不同农作物的生长规律，有效地实现了对水资源的回收及利用。同时与专门的农业合作社进行合作，取得了预期的良好效果，解决了长期以来困扰农户水资源短缺与水资源不能合理利用的问题。

参考文献：

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[5]张前兵,杨玲,王进等.干旱区不同灌溉方式及施肥措施对棉田土壤呼吸及各组分贡献的影响[J].中国农业科学,2012, 45(12):2420-2430.

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[9]陈卫平,张炜铃,潘能等.再生水灌溉利用的生态风险研究进展[J].环境科学,2012,1(12):4070-4080.

[10]郑天翔,唐湘如,罗锡文等.不同灌溉方式对精量穴直播超级稻生产的影响[J].农业工程学报,2010,26(08):52-55.基金项目：烟台大学科技创新基金项目（项目编号54522）

图2　装置整体结构图

作者简介：傅秋艳（1998-）,女,山东青州人,本科,研究方向：材料科学与工程。

3　结果分析

　　新型太阳能集水蓄水智能化微润灌溉系统由房顶集水装置、导流管、蓄水池三部分构成，合理的利用了自然降水，在一定程度上提高了人类对自然资源的利用率。喷灌系统依靠太阳能及其蓄电装置提供动力，不会产生废气污染，解决了传统电力系统造成的环境污染问题[9]；同时，研究太阳能这类新型能源也是近年来炙手可热的课题，利用太阳能作为喷灌动力也体现了“借自然之力，造绿水青山”的绿色发展之态。[10]再者，该装置采用了湿度控制器，可根据不同作物的不同需水量设定湿度区间，可针对多种作物进行合理性灌溉。在节水方面，微润喷灌一体化成为了最好的节水灌溉技术的代表，土壤湿度达到设定区间时360°旋转喷灌作物，湿度适中则自动采用微润方式渗透灌溉，这不仅使灌溉保证率达到85 %以上，也有效地提高了作物产率。

（上接第55页）

Ta共存元素时，应根据具体含量选择251.611nm或288.158nm作为Si的分析线。

2.5　加标回收实验

　　称取0.1g（精确至0.0001g）样品，加入含有4μg/mLSi的标准溶液，微波消解，ICP-AES测定。回收率为95.3%，能满足分析要求。2.6　光度法对照实验　　称取0.1g（精确至0.0001g）样品，用光度法进行比对，结果为1.06%，与ICP-AES结果1.04%良好吻合，两种方法可互相验证。2.7　检出限和测定下限

　　对含基体空白的溶液进行独立的11次测定，按其3倍标准偏差所对应的浓度计算的检出限为0.008μg/ mL；按5倍检出限计算的测定下限为0.04μg/ mL。能满足分析的要求。2.8　精密度实验

　　样品独立测定11次，计算得到标准偏差为0.018，相对标准偏差为1.8%。能够满足分析的要求。

3　结论

　　经过初步探索，利用微波消解技术对难溶的钴基高温合金样品进行前处理，再利用ICP-AES测定样品中硅含量的方法是可行的，且本方法在简化检测流程，节省人力和处理批量检测任务方面相比传统方法更具优势。参考文献：

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