分享│₪✘：電感耦合等離子體原子發射光譜法測定哈氏合金中Cr₪₪││✘、Fe₪₪││✘、Mn₪₪││✘、Mo₪₪││✘、Ni的含量

    哈氏合金（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙａｌｌｏｙ）由Ｎｉ₪₪││✘、Ｃｒ₪₪││✘、Ｍｏ₪₪││✘、Ｆｅ等元素組成₪↟╃•，屬於高等鎳基合金₪↟╃•，鎳為面心立方結構₪↟╃•，晶體學上的穩定性使得它能夠比鐵基合金容納更多的合金元素［１］▩✘│☁◕。哈氏合金作為高階鎳基合金₪↟╃•，在溼氧₪₪││✘、亞硫酸₪₪││✘、強氧化鹽介質中都有優異的抗腐蝕效能［１］₪↟╃•，同時具有優良的強度₪₪││✘、塑性₪₪││✘、韌性₪₪││✘、冶金穩定性₪₪││✘、可加工性及可焊接性₪↟╃•，已廣泛應用於航空航天₪₪││✘、核電及船舶等領域［２］▩✘│☁◕。

    哈氏合金中的化學元素含量直接影響合金的效能₪↟╃•，因此準確測定哈氏合金的化學成分是哈氏合金應用的重要保證▩✘│☁◕。目前₪↟╃•，關於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₪↟╃•，這些方法幾乎都有分析程式長₪₪││✘、操作較複雜₪₪││✘、只可單元素測定的缺點▩✘│☁◕。核反應堆內輻照後的哈氏合金樣品具有放射性₪↟╃•，長時間操作會給輻射防護帶來很多難題▩✘│☁◕。電感耦合等離子體原子發射光譜法（ＩＣＰＡＥＳ）具有可同時測定多種元素₪₪││✘、檢出限低₪₪││✘、線性範圍寬₪₪││✘、基體效應小₪₪││✘、靈敏度高等特點₪↟╃•，已被廣泛應用［７１６］₪↟╃•，但針對核反應堆內輻照後哈氏合金中主要化學元素的

    ＩＣＰＡＥＳ分析方法還鮮有報道▩✘│☁◕。本工作利用ＩＣＰＡＥＳ分析技術₪↟╃•，對輻照後哈氏合金的溶解制樣方法₪₪││✘、元素分析線的選用及儀器分析引數的最佳化等因素進行探討₪↟╃•，建立核反應堆內輻照後哈氏合金中Ｃｒ₪₪││✘、Ｆｅ₪₪││✘、Ｍｎ₪₪││✘、Ｍｏ₪₪││✘、Ｎｉ的分析方法▩✘│☁◕。

１ 試驗部分

１．１ 儀器與試劑

    ＴＪＡＩＲＩＳＨＲＤＵＯ型電感耦合等離子體原子發射光譜儀；ＡＧ２４５型電子天平；ＨＵＭＡＮ型超純水機；ＹＱ２２０型超聲波清洗機▩✘│☁◕。Ｃｒ₪₪││✘、Ｆｅ₪₪││✘、Ｍｎ₪₪││✘、Ｎｉ混合標準儲備溶液│₪✘：１．０００ｇ·Ｌ－１▩✘│☁◕。Ｍｏ標準儲備溶液│₪✘：１．０００ｇ·Ｌ－１▩✘│☁◕。

硝酸₪₪││✘、鹽酸₪₪││✘、乙醇為優級純₪↟╃•，高純鎳純度大於９９．９９％₪↟╃•，氬氣純度為９９．９９９５％₪↟╃•，試驗用水為超純水▩✘│☁◕。

１．２ 儀器工作條件

    射頻發生器功率為１１５０ Ｗ；霧化氣壓力為０．１５２ＭＰａ；輔助氣流量為０．５Ｌ·ｍｉｎ－１；冷卻氣

流量為１５Ｌ·ｍｉｎ－１；蠕動泵速為１００ｒ·ｍｉｎ－１；觀測方向為水平；積分時間₪↟╃•，長波段１５ｓ₪↟╃•，短波段５ｓ▩✘│☁◕。

１．３ 試驗方法

    稱取試樣０．１～０．２ｇ置於微波消解罐中₪↟╃•，加鹽酸硝酸（７＋１）混合酸３ｍＬ₪↟╃•，放入微波爐中₪↟╃•，中高火微波消解５ｍｉｎ₪↟╃•，待溫度降至室溫後₪↟╃•，繼續微波消解５ｍｉｎ▩✘│☁◕。樣品完全溶解後₪↟╃•，轉移至５０ｍＬ容量瓶中₪↟╃•，用水定容▩✘│☁◕。同樣方法制作空白▩✘│☁◕。在儀器工作條件下進行測定▩✘│☁◕。

２ 結果與討論

２．１ 試樣前處理方法

     哈氏合金在溶解制樣前₪↟╃•，先要在乙醇中超聲清洗₪↟╃•，以清洗乾淨試樣表面因切割取樣而沾汙的油漬▩✘│☁◕。清洗乾淨的試樣₪↟╃•，烘乾₪↟╃•，在保幹器中儲存▩✘│☁◕。採用不同體積比（１∶１₪↟╃•，３∶１₪↟╃•，５∶１₪↟╃•，７∶１）的鹽酸硝酸混合酸對試樣進行微波解₪↟╃•，結果發現₪↟╃•，４種不同比例的混合酸均能很好地消解樣品▩✘│☁◕。

２．２ 分析線的選擇

    高頻等離子體炬焰溫度很高₪↟╃•，能發射出豐富的離子和原子譜線▩✘│☁◕。哈氏合金成分複雜₪↟╃•，除鎳基體外₪↟╃•，還包括高含量的Ｆｅ₪₪││✘、Ｍｏ₪₪││✘、Ｍｎ等元素₪↟╃•，譜線干擾多₪↟╃•，有的甚至很嚴重▩✘│☁◕。按照樣品中存在的元素₪↟╃•，配製一系列混合標準溶液₪₪││✘、純鎳基溶液和鎳基合金溶液₪↟╃•，根據各元素的含量及性質₪↟╃•，從儀器軟體譜線庫中選擇

    多條待測元素譜線₪↟╃•，並進行篩選▩✘│☁◕。當各元素的譜線有疊加時₪↟╃•，儘量選擇強度大₪↟╃•，峰形好₪↟╃•，靈敏度高₪↟╃•，干擾小的譜線作為分析線▩✘│☁◕。透過對各元素光譜干擾的考察₪↟╃•，試驗選取各元素分析線為│₪✘：Ｃｒ２６７．７１６ｎｍ₪↟╃•，Ｆｅ２５９．８３７ｎｍ₪↟╃•，Ｍｎ２５７．６１０ｎｍ₪↟╃•，Ｍｏ２０４．５９８ｎｍ₪↟╃•，Ｎｉ３００．２４９ｎｍ▩✘│☁◕。

２．３ 射頻功率的選擇

    試驗考察了譜線強度和訊號噪聲隨射頻功率的變化₪↟╃•，結果表明│₪✘：各待測元素的譜線強度隨射頻功率增加而增大₪↟╃•，同時訊號噪聲也隨之增加₪↟╃•，導致信背比下降；當射頻功率從９５０ Ｗ 增至１１５０ Ｗ 時₪↟╃•，各元素訊號強度增加比較大；但當射頻功率從１１５０ Ｗ增至１３５０Ｗ 時₪↟╃•，訊號強度增加很小₪↟╃•，Ｍｎ的訊號強度略有降低▩✘│☁◕。考慮到多元素同時測定₪₪││✘、各元素的含量及譜線的信背比等因素₪↟╃•，試驗選擇射頻發生器的功率為１１５０Ｗ▩✘│☁◕。

２．４ 觀測時間的選擇

    設定儀器的射頻功率為１１５０ Ｗ₪↟╃•，蠕動泵轉速為１００ｒ·ｍｉｎ－１▩✘│☁◕。改變觀測時間（短波段２０ｓ／長波段１０ｓ₪↟╃•，短波段１５ｓ／長波段５ｓ）₪↟╃•，測定各種元素的分析線強度▩✘│☁◕。結果顯示│₪✘：當觀測時間增加時₪↟╃•，譜線強度增加₪↟╃•，但隨之背景也增強₪↟╃•，使得信背比反而降低▩✘│☁◕。試驗選擇觀測時間為短波段１５ｓ／長波段５ｓ▩✘│☁◕。

２．５ 基體效應

    哈氏合金中鎳的含量非常高₪↟╃•，會干擾其他元素的測定▩✘│☁◕。試驗考察了在其他４種元素質量濃度均為１０．０ｍｇ·Ｌ－１₪↟╃•，鎳質量濃度為１．０ｇ·Ｌ－１時₪↟╃•，元素分析線強度的變化▩✘│☁◕。結果表明│₪✘：鎳基體質量濃度為

１．０ｇ·Ｌ－１時₪↟╃•，鎳對其他４種元素皆不存在光譜干擾▩✘│☁◕。

２．６ 標準曲線及檢出限

    配製各元素質量濃度均為０₪↟╃•，２．００₪↟╃•，４．００₪↟╃•，６．００₪↟╃•，８．００₪↟╃•，１０．０ｍｇ·Ｌ－１標準溶液系列₪↟╃•，在選定的分析線下 繪 制 標 準 曲 線₪↟╃•，各 元 素 的 線 性 範 圍 均 在１０．０ｍｇ·Ｌ－１以內₪↟╃•，線性迴歸方程及相關係數見表１▩✘│☁◕。對空白樣品溶液連續測定１０次₪↟╃•，以３倍的標準

偏差計算檢出限₪↟╃•，結果見表１▩✘│☁◕。

由表１可知│₪✘：各元素的線性相關係數均大於０．９９９₪↟╃•，檢出限均較低₪↟╃•，能夠滿足分析測試的要求▩✘│☁◕。

２．７ 精密度與準確度

    在選定的工作條件下對質量濃度為６．００ｍｇ·Ｌ－１混合標準溶液₪↟╃•，連續測定１０次₪↟╃•，Ｃｒ₪₪││✘、Ｆｅ₪₪││✘、Ｍｎ₪₪││✘、Ｍｏ₪₪││✘、Ｎｉ測定值的相對標準偏差分別為 ０．４１％₪↟╃•，０．９６％₪↟╃•，０．８７％₪↟╃•，０．４３％₪↟╃•，０．７４％₪↟╃•，說明方法精密度良好▩✘│☁◕。按試驗方法測定標準樣品６９３４ＧＨ１３５₪↟╃•，考察方法的準確度₪↟╃•，結果見表２▩✘│☁◕。

    由表２可知│₪✘：測定值與認定值的相對誤差在－０．５４％～０．２２％之間₪↟╃•，說明方法準確度高▩✘│☁◕。

２．８ 樣品分析

樣品分析結果見表３▩✘│☁◕。

    本工作採用鹽酸硝酸混合酸微波消解的制樣方法₪↟╃•，能夠很好的將輻照後哈氏合金溶解₪↟╃•，利用電感耦合等離子體原子發射光譜法對 Ｃｒ₪₪││✘、Ｆｅ₪₪││✘、Ｍｎ₪₪││✘、Ｍｏ₪₪││✘、Ｎｉ進行測定₪↟╃•，方法簡便₪↟╃•，測定結果穩定可靠₪↟╃•，靈敏度和準確度較高₪↟╃•，可滿足樣品的分析測定工作▩✘│☁◕。

（文章來源│₪✘：材料測試網-理化試驗-化學分冊）