万晓东 ，冀克俭 ，赵华 ，李本涛 ，黄辉 ，李颖 ，巩琛 ，郝淑杰

(1.中国兵器工业集团第53研究所，济南 250031； 2.中国兵器工业标准化研究所，北京 100089)

电感耦合等离子体发射光谱法测定稀土发火合金中铁、镁、铜和锌

万晓东1，冀克俭1，赵华1，李本涛1，黄辉1，李颖1，巩琛1，郝淑杰2

(1.中国兵器工业集团第53研究所，济南 250031； 2.中国兵器工业标准化研究所，北京 100089)

采用盐酸辅以加热的方式处理稀土发火合金样品，以电感耦合等离子体原子发射光谱法测定稀土发火合金中铁、镁、铜和锌含量。采用矩阵模拟实验优化分析谱线，利用多点定标校正曲线法计算测量结果。在最佳实验条件下，稀土发火合金中的基体元素对待测元素的测定结果无明显影响，各元素在检测范围内线性关系良好，相关系数均为0.999 9，方法检出限为0.001～0.010 μg／mL。测定结果的相对标准偏差为1.10%～1.75%(n=11)，样品加标回收率在96.00%～104.05%之间。该方法简便、快速且具有较高的灵敏度，适用于稀土发火合金中铁、镁、铜、锌等非稀土元素的测定。

电感耦合等离子体原子发射光谱法；稀土发火合金；铁；镁；铜；锌

稀土发火合金由奥地利科学家冯·威尔斯巴赫于1903年最先研制成功。其主要含有镧、铈、镨、钕等几种稀土元素和铁、镁、铜、锌等非稀土元素，燃点低，遇撞击极易引燃点火，因此常被用于矿灯、曳光弹、炮弹引信以及喷火器点火装置等，应用前景十分广阔［1］。稀土发火合金中稀土元素具有引燃作用，非稀土元素具有提高合金的耐磨、耐腐蚀性，稳定发火性能等作用，铁、镁、铜、锌等非稀土元素的含量变化会影响稀土发火合金的性能，因此准确测定及控制稀土发火合金中铁、镁、铜、锌的含量至关重要。

目前，有关铁、镁、铜、锌的测定有较多有效的方法，如重铬酸钾测定铁元素［2-4］，EDTA络合滴定法测定镁、铜、锌元素［5-8］。但稀土发火合金中元素众多，在采用以上方法测定时，需要消除合金内其它元素的干扰。目前也有采用原子吸收分光光谱法测定镁、铜、锌等元素［9-10］，但此方法一般只能测定一种元素的含量，速度较慢。相对于传统测定方法，电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)法省去了繁琐的处理步骤，减少了操作引起的测量误差，可以同时测定多数的金属元素及部分非金属元素且稳定性好，作为一种快捷、准确的测定方法，逐渐得到了广泛的应用［11-15］。笔者采用ICP-AES法快速测定稀土发火合金中铁、镁、铜、锌4种非稀土元素，该方法准确可靠，灵敏度高且基体干扰小，对稀土发火合金中铁、镁、铜、锌等非稀土元素的快速测定具有重要意义。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子体发射光谱仪：iCAP-6300型，美国赛默飞世尔科技有限公司；

电子分析天平：New Classic MF型，感量为0.000 1g，瑞士梅特勒-托利多公司；

超纯水制备仪：电阻率为18 MΩ·cm的超纯水系统，美国密理博公司；

移液器：量值范围分别为10～1 000，100～5 000 μL，德国艾本德公司；

盐酸：优级纯，莱阳市双双化工有限公司；

水中Fe，Mg，Cu，Zn成分分析标准物质：1 000 μg／mL，编号依次为 GBW(E) 080535，GBW(E)080976，GBW(E) 080534，GBW(E) 080538，国防科技工业应用化学一级计量站；

实验用水为超纯水。

1.2 标准溶液配制

分别准确移取 0，0.5，1，2，4，6，8 mL 水中 Fe成分分析标准物质和 0，0.1，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mL水中Mg，Cu，Zn成分分析标准物质于1#～7#100 mL容量瓶中，用水定容至标线，摇匀，配制成铁、镁、铜、锌系列混合标准工作溶液，各元素的质量浓度见表1。

表1 铁、镁、铜、锌系列混合标准溶液的质量浓度 μg／mL

1.3 样品处理

分别准确称取0.2 g(精确至0.000 1 g)稀土发火合金于3个50 mL烧杯中，加入2 mL水润洗，再缓慢滴入5 mL盐酸，盖上盖玻片，置于加热板上，于60℃条件下加热60 min，待反应完全后，冷却至室温，移入100 mL容量瓶中，用水定容至标线，摇匀，备用。

1.4 仪器工作条件

RF功率：1 150 W；辅助气流量：0.5 L／min；雾化器流量：0.65 L／min；观测高度：12 mm；清洗时间：30 s；积分次数：3；曝光时间：30 s；进样系统：聚四氟乙烯；铁、镁、铜、锌元素的分析波长见表2。

表2 铁、镁、铜、锌元素的分析波长

1.5 标准工作曲线的绘制

开机后吸取适量水，待仪器稳定2 h后，在1.4仪器工作条件下，依次吸取Fe，Mg，Cu，Zn系列混合标准工作溶液，以各元素的质量浓度X为横坐标，光谱强度Y为纵坐标绘制标准工作曲线。

2 结果与讨论

2.1 分析谱线的选择

按照稀土发火合金样品中各元素的配比，采用水中Fe，Mg，Cu，Zn成分分析标准物质配制符合稀土发火合金内部元素成分配比的混合标准溶液，在1.4仪器工作条件下测定单元素标准溶液。观察铁、镁、铜、锌在所选波长下的子阵列图，分别选择各元素稳定、灵敏度高且背景低的谱线作为稀土发火合金中元素分析谱线，结果见表2。

2.2 试样溶液酸度的选择

分别移取5 mL已处理的稀土发火合金样品7份于7只100 mL容量瓶中，分别加入0，1，2，3，4，5，10 mL盐酸，定容至标线，摇匀，在1.4仪器工作条件下测定，考察溶液中盐酸浓度对测定结果的影响。结果表明，随着酸度的增加，各待测元素的光谱强度无明显变化，因此盐酸酸度对测定结果无明显影响，综合考虑选择酸度较小但不会造成试样溶液中水解现象出现的酸度条件，选择盐酸加入量为5 mL。

2.3 共存元素的影响

稀土发火合金中有多种元素共存，因此在采用ICP-AES法测定稀土发火合金中铁、镁、铜、锌含量时，应充分考虑其共存元素对测量的影响。分别在样品溶液中加入50 μg／mL的镧、铈、镨、钕标准溶液，在1.4仪器工作条件下测定。结果表明，共存的镧、铈、镨、钕等稀土元素对铁、镁、铜、锌元素的测定无明显影响。

2.4 待测元素之间的影响

用标准溶液配制已知浓度的目标元素分析液，分别在系列混合标准溶液中添加不同含量的铁、镁、铜、锌元素进行干扰试验，在1.4仪器工作条件下测定，结果表明，铁、镁、铜、锌4种元素之间无明显干扰现象。

2.5 工作曲线方程及检出限

按1.5方法绘制标准工作曲线。对空白溶液连续测定11次，其测定值标准偏差的4倍(置信度大于99%)计算方法检出限，各元素的线性范围、线性方程和相关系数见表3。由表3可知，铁元素的线性范围为 0～80 μg／mL，镁、铜、锌元素的线性范围均为0～10 μg／mL，说明各元素的线性范围较宽；相关系数均为0.999 9，说明各元素的线性关系良好，满足分析要求。

表3 线性范围、线性方程、相关系数及检出限

2.6 精密度试验

分别准确移取2，5，15 mL样品溶液于3只100 mL容量瓶中，定容至标线，摇匀，分别编号为1#，2#，3#。在1.4仪器条件下连续测定11次，计算铁、镁、铜、锌4种元素测定结果的相对标准偏差，试验结果见表4。

表4 精密度试验结果

由表4可知，铁、镁、铜、锌4种元素测定结果的相对标准偏差为1.10%～1.75%。说明该方法的精密度良好。

2.7 加标回收试验

分别准确移取5 mL样品溶液13份，1份样品溶液不加标，测定铁、镁、铜、锌元素的本底值；另外每3份样品溶液为一组，于每组样品溶液中分别加入一定量的铁、镁、铜、锌标准溶液，在1.4仪器工作条件下测定，结果见表5。由表5可知，4种元素的加标回收率为96.00%～104.05%，说明该方法的准确度符合分析要求。

表5 加标回收试验结果

3 结语

建立了测定稀土发火合金中铁、镁、铜、锌等非稀土元素的ICP-AES法。该方法测定结果准确可靠、精密度好，所选分析谱线干扰低，合金内共存元素无明显影响，适用于快速测定稀土发火合金中铁、镁、铜、锌等元素。

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Determination of Iron, Magnesium, Copper and Zinc in Rare Earth Pyrophoric Alloy by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

Wan Xiaodong1, Ji Kejian1, Zhao Hua1, Li Bentao1, Huang Hui1, Li Ying1, Gong Chen1, Hao Shujie2
(1. CNGC Institute 53, Jinan 250031, China;2. China Ordnance Industrial Standardization Research Institute, Beijing 100089, China)

The content of iron, magnesium, copper and zinc in rare earth ignition alloy was determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry(ICP-AES) with hydrochloric acid and heating. The analytical spectral lines were optimized by the matrix simulation experiment, and the result was calculated by multi-point calibration curve method. Under the optimum experimental conditions, the matrix elements in the alloy have no significant interference on the determination results of the elements. The elements to be measured within the detection range had good linear relationships. The correlation coefficients were 0.999 9, and the detection limits were 0.001-0.010 μg／mL. The relative standard deviations of the results were 1.10%-1.75%(n=11), and the recoveries of standard addtion were 96.00%-104.05%.The method is simple, rapid and sensitive. It is suitable for the determination of Fe, Mg, Cu, Zn and other non rare earth elements in rare earth ignition alloy.

ICP-AES; rare earth pyrophoric alloy; element content; Fe; Mg; Cu; Zn

O657.31 文献标识码：A 文章编号：1008-6145(2017)06-0075-04

10.3969／j.issn.1008-6145.2017.06.019

联系人：万晓东；E-mail： 972224527@qq.com

2017-09-30