(中航工业北京航空材料研究院，北京 100095)

ICP-AES法测定金属铌中微量Cu、W元素

李汉超

(中航工业北京航空材料研究院，北京 100095)

采用ICP-AES法测定金属铌中Cu、W元素，试样用硝酸和氢氟酸溶解，进行了基体元素和共存元素对Cu、W的光谱干扰研究，选择了最佳的分析谱线，同时测定了分析方法的检测限。该方法准确、快速、简便，能够满足金属铌中含量范围在0.001%～0.01%的Cu、W元素的检测需求，加标回收率在90%～120%之间。

纯铌；铜；钨；ICP-AES

金属铌具有耐腐蚀性好、熔点高、导热性能好、易加工等特点，广泛应用于电子、军事、核工业等行业中，其纯度对于材料的应用起着非常关键的作用,Cu、W等杂质含量超标会影响材料的性能,是确定产品质量的非常关键的指标，需要建立快速、准确的检测方法。目前，国内外的各种标准中，测定铌中钨含量的有硫氰酸盐光度法[1,2]和电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES法)[3]，但其测定范围的下限是0.05%,无法满足纯金属铌中钨含量小于0.01%的检测需求。同样,其他相近材料的各种标准方法中测定微量铜的方法也大多采用ICP-AES法[4]，但是由于基体的不同不能够直接套用,因此，对于金属铌中含量范围0.01～0.001%的铜元素的分析方法需要进行研究。

ICP-AES法具有线性范围宽、检测限低、灵敏度高、基体效应小，可多元素同时测定 等特点。本实验通过对金属铌中Cu、W元素光谱干扰的详细研究,确定了准确可靠的分析方法,应用于日常纯金属铌的检测工作中,取得了很好的效果.

1 实验部分

1.1 仪器及工作参数

1.1.1 仪器工作条件

实验选择两种类型的ICP光谱仪对铌基体和少量共存元素对Cu和W的干扰情况进行研究，推荐的仪器工作参数见表1。

表1 推荐的仪器工作参数

1.1.2 分析线

Cu：216.509nm，217.894nm，222.886nm，223.008nm{151} ；

W： 224.875nm，207.911 nm {162}，224.875 nm { 149}。

1.2 主要试剂及标准溶液

铜标准溶液A：0.10mg/mL

称取0.1000g纯金属铜(99.9%)于150mL烧杯中，加入60mL硝酸(1+1)，加热至铜完全溶解。冷却至室温，移入1000mL容量瓶中，以水稀释至刻度，摇匀。

铜标准溶液B：0.01 mg/mL。

移取20.00mL铜标准溶液A 于 200mL容量瓶中，补加20mL硝酸(1+1)，用水稀释至刻度，摇匀。

钨标准溶液A：1.00mg/mL。

称取0.6305g光谱纯的三氧化钨(预先在800℃灼烧30min)，置于铂皿中，加入10mL～15 mL氢氧化钠溶液(200g/L)，加热溶解。冷却至室温，移入500mL塑料容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

钨标准溶液B：0.10mg/mL。

称取20.00mL钨标准溶液A于 200mL塑料容量瓶中，加入40mL盐酸，用水稀释至刻度，混匀。

钨标准溶液C：0.01 mg/mL。

称取20.00mL钨标准溶液A于 200mL塑料容量瓶中，加入20mL盐酸，用水稀释至刻度，混匀。

盐酸、硝酸和氢氟酸等实验用所有试剂为优级纯，水是二次蒸馏水。

1.3 样品制备

称取1.0000g金属铌样品于50mL聚四氟乙烯烧杯中，加入2mL HF、5mLHNO3低温加热溶解，若有少许不溶物，稍冷，加入2mLHCl，吹水，继续加热，稍冷后转移入50mL塑料容量瓶，用水定容，待测。

1.4 ICP测量和结果计算

1.4.1 标准曲线系列溶液的制备

(1)高标溶液

根据试料中金属铌元素的含量范围，称取适量铌粒(质量分数不小于99.99%)若干份(使铌的含量与试料中铌的含量基本一致)，按1.3制备溶液，移入50mL塑料容量瓶中,根据试样中铜、钨的含量范围，在容量瓶中加入适量铜、钨标准溶液，使高标溶液中铜、钨的含量略高于试样中铜、钨的含量，铌的含量与试料中铌的含量基本一致，用水稀释至刻度，摇匀。

(2)低标溶液

根据试料中金属铌元素的含量范围，称取适量铌粒(质量分数不小于99.99%)两份(使铌的含量与试料中铌的含量基本一致)，按1.3制备低标溶液，移入50mL塑料容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

1.4.2 测量

按仪器说明书使仪器最优化，待仪器稳定后，在选定的仪器工作条件及分析线波长下，采用制备的标准曲线系列溶液(1.4.1)对仪器进行标准化，依次测定试液(1.3)中铜、钨的质量浓度或百分含量。

1.4.3 分析结果的计算

则按下式计算出待测元素的质量分数w，数值以%表示：

式中：ρM——自工作曲线上查得的铜、钨元素的质量浓度，单位为μg/mL ；

V——试液的总体积，单位mL；

m——试料的质量，单位g。

2 结果与讨论

2.1金属铌中基体元素和少量共存元素对分析元素Cu、W的光谱干扰研究

根据纯金属铌中的主要化学成分，配制了包括试剂空白溶液、基体元素溶液、微量共存元素溶液(Ni和Fe)、分析元素溶液在内的各光谱干扰研究试验溶液，在JY ULTIMA和TJA IRIS仪器上对分析元素Cu、W各5～6条分析谱线中心波长附近进行扫描，获得单一干扰元素溶液、单一分析元素溶液、空白溶液的光谱扫描图形。将获得的光谱扫描图形进行适当叠加放大处理，得出干扰元素在分析谱线附近的光谱干扰情况。

研究结果表明，可以采用Cu216.509nm，217.894nm，222.886nm/223.008nm{151}进行金属铌中Cu的测量，但需要对样品中的铌进行匹配。可以采用W 224.875nm/224.875 nm {149}进行金属铌中W的测量，但需要对样品中的铌进行匹配。

2.2 Cu、W的仪器检出限的测量

用含Cu、W元素的含量分别为0%、0.0005%和0.001%的标准溶液绘制工作曲线，在两台仪器上分别测量10次5%的HCl溶液，仪器检出限的结果见表2。

表2 Cu、W元素的仪器检出限 μg/mL

按照下式计算仪器检出限

式中：Sb——空白样品分析信号的标准偏差；

S——工作曲线低浓度范围的斜率；

K=3。

由上表计算出的仪器检出限和所研究的Cu、W元素的含量范围计算可知，本实验所研究Cu元素的最低含量(0.001%，浓度约0.20μg/mL)是Cu元素在JYULTIMA仪器检出限的10倍以上，是在TJA IRIS仪器检出限的4倍以上，因此可以判定JYULTIMA仪器上Cu 216.509nm，217.894nm和222.886nm可以作为分析谱线，IRIS仪器上Cu223.008nm{151}作为最低含量为0.003%时的分析谱线；所研究W元素的最低含量(0.001%，浓度约0.20μg/mL)是W元素在JYULTIMA仪器检出限的10倍以上，与在TJA IRIS仪器检出限接近，因此，初步可以选定JYULTIMA仪器上W 224.875nm做为分析谱线；IRIS仪器上W224.875nm{149}做为最低含量为0.005%时的元素分析谱线。

2.3 工作曲线线性试验

按照1.3样品制备方法平行处理纯金属铌化学标准物质若干份，根据常见纯金属铌中分析元素的含量范围，合成系列标准溶液，在确定的仪器参数下，建立了工作曲线，并测量了线性系数，各分析元素在工作曲线标准溶液中的百分含量和工作曲线的线性相关系数见表3。

表3 工作曲线中分析元素的含量、线性相关系数及方法检出限

* Cu 216.509nm分析谱线数据，** Cu 217.894nm分析谱线数据，*** Cu 222.886nm分析谱线数据。

2.4 分析方法检出限

在确定的仪器参数下，用2.3的工作曲线，连续进行10次纯铌空白溶液的测量，计算出了各分析元素的方法检出限，结果见表3。

2.5 精密度、准确度及加入回收试验

按照1.3样品处理方法平行处理纯金属铌(北京中金研新材料科技有限公司 Nb-032011-11-29)和纯金属铌样品若干份，根据常见纯金属铌中分析元素的含量范围，合成系列标准溶液，在确定的仪器参数下，用2.3工作曲线，进行精密度、准确度及加入回收试验，并计算溶液中的Cu、W元素相对标准偏差、回收率和允许差，结果见表4～表7。

表4 JY ULTIMA测量Cu的准确度、精密度及加入回收试验 %

表5 JY ULTIMA测量W的准确度、精密度及加入回收试验(格式参照表6) %

表6 TJA IRIS测量Cu的准确度、精密度及加入回收试验 %

3 结论

用硝酸和氢氟酸溶解法溶解金属铌后，用基体匹配工作曲线的方法，在Cu216.509nm，217.894nm，222.886nm/223.008nm{151}，W 224.875nm/224.875{149}nm上，通过JY ULTIMA和TJA IRIS两台电感耦合等离子体发射光谱仪均可准确、可靠的测定金属铌中含量范围在0.001%～0.010%的Cu、W元素。对于含量范围在0.001%～0.010%范围金属铌标准物质的Cu、W元素，测量值与原值基本一致，RSD小于20.6%。

[1] GB/T15076.3钽铌化学分析方法 铜量的测定.

[2] GB/T15076.5 钽铌化学分析方法 钼量和钨量的测定.

[3] GB/T15076.9 钽铌化学分析方法 钽中铁、铬、镍、锰、钛、铝、铜、锡、铅和锆量的测定.

[4] 王海舟 主编。钢铁及合金分析.北京:科学出版社,2004 ：718.

DeterminationofCuandWinniobiumbyICP-AES.

LiHanchao

(AVICBeijingInsitituteofAeronauticalMaterials,Beijing100095，China)

The method for simultaneous determination of Cu and W in niobium by ICP-AES was presented.Sample were dissolved by HNO3and HF.The spectral interferences from matrix element and coexist elements were studied.The analytical lines were selected .And the detection limits were determined .The method is simple ,fast ,accurate ,which is fit for the determination of 0.001%-0.01%Cu and W in niobium.The recovery was 90%-120%.

niobium;copper;tungsen;ICP-AES

李汉超，工程师，长期从事材料检测技术研究工作。

10.3936/j.issn.1001-232x.2014.04.009

2014-03-22