電感耦合等離子體原子發射光譜法測定銅合金中鉻

王軒，劉媛，劉一梅

（南京市產品質量監督檢驗院 〔南京市質量發展與先進技術應用研究院〕， 江蘇南京 211102）

在一眾成本相近的合金及單一金屬中，銅合金基于其高強度、高導熱性、高導電性、抗腐蝕性以及耐磨損性等優勢，被廣泛地應用于工業生產制造、高科技研發等眾多領域。在眾多銅合金之中，又以銅鉻合金、銅鉻鋯合金等含有金屬鉻的合金品質最佳，更受矚目。為全面提高相關銅合金的性能，部分技術研究人員會在銅鉻鋯合金中摻雜微量硅、鎂等元素。而金屬鉻作為合金中的重要組成部分，該元素的存在能夠全面性提升銅合金整體的強度與剛性，并且在相關標準中，金屬鉻在合金中的含量也是判斷銅合金性能與質量最重要的指標之一?，F階段針對金屬鉻的測定方法主要有比色法、原子吸收法、滴定法、ICP-AES測定法等。

比色法更適用于鉻金屬含量較低的銅合金測定，但該方法的測定結果往往會受到實驗室環境、試驗樣品質量等眾多外界因素的干擾，且其操作過程較為繁瑣，因而實際使用范圍并不廣泛。原子吸收法具有較強的靈敏度，但在實際操作過程中，一次實驗只能完成單一元素的測定，因而會對實驗效率及投入成本造成一定影響，所以實際使用范圍并不廣泛，并逐漸被ICP-AES測定法所取代。

滴定法中涵蓋高錳酸鉀氧化電位滴定法、高氯酸冒煙氧化、硫酸亞鐵銨滴定法以及硫酸冒煙、硝酸銀催化過硫酸銨氧化硫酸亞鐵滴定法幾種分支。該測定方式普遍適用于金屬鉻含量高于0.1%的合金測定，其結果數據相對準確。但相對而言，該測定方式的操作環節十分繁雜，且干擾因素過多，驗周期也較長，因此并不常應用于銅合金中金屬鉻的測定實驗。

ICP-AES測定法經過多年的研究升級，其實驗技術以及相關流程已經趨于成熟?；阢~合金中金屬鉻的測定實驗出發，針對不同的期望效果，其所要選擇的分解方法也各不相同。而對于ICP-AES測定法，該方法在試樣前的處理對其實驗結果以及數據分析等具有十分重要的影響。銅合金中鉻通常會以固體形式、溶液形式存在，利用“鹽酸-硝酸”、“鹽酸-過氧化氫”抑或是單一的硝酸元素、鹽酸元素等并不能完全分解，其所獲得的分析結果也并不準確。相關學者針對銅鉻合金所采用的微波消解方法能夠有效優化銅合金的分解條件，進一步落實利用ICP-AES測定法，在同一時間對合金中的鉻以及鋯等元素的測定工作。本文基于相關學者的測定方法開展進一步的改進與優化，利用“硝酸-硫酸-氫氟酸”的處理試樣進行試驗研究，得出該試樣分解迅速、完全，且測試結果相對準確。在此基礎上，該方法的重復性較好，可廣泛應用于銅鉻合金、銅鉻鋯合金等大部分銅合金中含量大于0.10%的金屬鉻的測定實驗。

1 實驗分析

1.1 實驗主要儀器設備以及試驗環境條件

本實驗所使用到的主要儀器設備有：

珀金埃爾默ICP Optima8000以及耐高鹽霧化器等相關實驗設備。

本實驗所創設的實驗及工作條件：

①頻率、入射功率；②實驗所用氣體為氬氣（Ar），且保障其體積分數始終高于99.995%之上；③實驗冷卻氣流量為，輔助氣流量為，載氣流量為；④本實驗采用較為簡便、直接的垂直觀測法為主要的觀察方式，其中具體的觀察高度在12mm左右；⑤本實驗長短波積分時間分別為10秒與5秒；⑥特備注意，需要在設備儀器點火后靜置至少20分鐘，以為實驗營造最適宜的工作環境與條件，各項數據穩定后方可開展實驗［1］。

1.2 主要使用試劑

①在沒有特殊需求的情況下，相關實驗僅需要使用分析提純的實驗試劑、蒸餾水抑或是一定純度的水為主要載體［2］。

②本實驗中的鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸酸化學試劑皆為分析純，且均由我國北京現代化工廠自主實驗生產［3］。

③實驗所用鉻、釔標準溶液的標準量為1000。

④制備銅基體溶液，首先稱取3g純度在99.999%之上的金屬銅，置于250ml的燒杯中。其次緩緩加入10ml左右的濃硝酸，蓋上表面皿后，進行低溫加熱分解。待到溶液完全分解后，對試劑表面皿進行清洗。然后持續加熱，直至溶液沸騰，且內部氮氧化物逐漸消散。最后等到溶液冷卻至室內溫度后，將其轉移到100ml的容量瓶中進行搖勻定容。

1.3 試驗方式

1.3.1 試樣分解法

精準稱量0.1g的試樣，并將其放置于150ml的燒杯中，后吹入少許水潤濕樣品，加入約5ml濃硫酸以及3ml～5ml硝酸，利用低溫法分解適應。靜置等待試樣體積保持在10ml左右時，在其中滴入2～3滴氫氟酸溶液，而后持續性加熱溶液直至其冒煙。停止加熱，冷卻至室內溫度后，沖入約20ml左右的純凈水，搖勻后加入溶解鹽以及2.5ml釔內標溶液，靜置降溫后將其轉移至100ml的容量瓶中進行定容搖勻［4］。

1.3.2 工作曲線配制

分別在五個體積為100ml的容量瓶中，按順序加入的鉻標準溶液，其順序與容量大小分別為0.0ml、0.1ml、0.5ml、1.0ml、3.0ml。而后精準添加2.5ml的釔內標溶液、3.0ml的銅基體溶液，沖入約50ml左右的純凈水，隨之精準添加5ml左右的濃硫酸，搖勻后冷卻，直至其溫度與室內溫度相近后定容［5］。

利用電感耦合等離子體原子發射光譜儀，對以上標準溶液中金屬鉻的譜線267.7nm以及284.3nm強度比，配置出強度，對比濃度的校準曲線，各項工作無誤的情況下，兩條譜線的線性關系系數應該分別為0.9999以及0.9998。譜線線性相關系數不對的情況下，便要進行重新配置［6］。

再次稱取0.1g的高純度金屬銅，利用試樣分解法對其進行分解，而后制備出空白式樣對照組，總計完成11次的測定工作后，計算其數據標準偏差。規定以三倍為本次實驗的檢出限度，可得知金屬鉻的譜線檢出限分別為0.012以及0.011。

2 結果與討論

2.1 分解方法確定

本次實驗采取“硝酸-硫酸-氫氟酸”的分解方案時結合常用的試樣分解法對同一份銅鉻鋯合金試樣進行分解分析，其結果見表1。

根據表1數據可知，利用高氯酸冒煙以及硫酸冒煙測試法可以獲得較為精準的測試結果。但需要注意的是應對高氯酸冒煙時間加以控制，一旦控制不當便極易引發金屬鉻的氧化變色，從而造成數據結果準確性的下降。

表1 不同分解方案測試結果

利用“鹽酸-硝酸”對試樣進行分解，可直觀觀測到試樣溶液由清澈轉為渾濁，并且靜置后其底部出現黑色粉末。將該黑色粉末慢速濾出，將其用水沖洗至中性，隨后連同殘渣以及濾紙共同在鉑金干鍋中灰化。利用硫酸碳酸鈉溶劑，設置1000℃的溫度進行熔融，而后以10%左右的鹽酸溶液浸出玻璃熔融物，在對其余熔融物進行測定后，可發現其中鉻含量值與原溶液中測的數據基本吻合。由此可得該方式可完全分解試樣，測的結果具有良好的重復性，與期望結果相吻合，故此選用“硝酸-硫酸-氫氟酸”的分解方案。

2.2 分解條件確定

實驗過程中發現，硫酸冒煙法的硫酸含量為5ml最佳，硫酸過多，容易導致樣本粘稠度變大，無法形成良好的霧化效果；反之，硫酸太少，則不易起煙，對氫氟酸的曲靖效果不佳。針對氫氟酸的含量，通常規定在2～3滴即可［7］。

2.3 共存元素影響因素

針對同合金中鋁、鎳、鐵等共存元素進行干擾測定，而后對其圖譜背景進行觀測。結合實際試驗結果以及以往的實驗理論參考可得知，銅合合金常見的共存元素不會對金屬鉻造成過量的干擾，其影響因素可以忽略不計，故此不做過多研究［8］。

2.4 實驗結果對比分析

利用本文選定的處理方式對三份鉻含量為0.56%的銅合金試樣進行處理分析，重點測定實驗過后殘渣中含有的鉻含量。同時采用“硝酸-鹽酸”的處理方法，對同樣標準的三份樣本進行檢測，其結果可參考表2。

根據表2數據可知，本文所采用的處理方法，其結果與理論結果基本吻合，更具參考價值。

表2 測試結果

2.5 結果正確度分析

為驗證本方法的正確度，針對三個鉻含量為0.56的銅和進分別采用本文研究方法以及JB/T9552.2-1999進行測定，相關結果可參考表3，可得知本方法與標準檢測法的數據結果相吻合，具備參考價值［9］。

表3 實驗結果對比

2.6 實驗回收率分析

利用本方法對5 個含有不同鉻含量的銅合金式樣進行分解分析，且分貝諸如采用本方法分解式樣3份，并分別加入0.5ml、1.0ml以及1.5ml的標準溶液，測定其回收率，實驗結果見表4。

表4 回收率實驗 /%

3 結論

金屬鉻在銅鉻合金以及銅鉻鋯等各類型同合金中主要是以富鉻粒子的形態存在。綜上所述，單純利用單一的硝酸、鹽酸，過氧化氫，抑或是王水等化學試劑并不能完全將銅合金中的鉻進行分解。而本文所研究的利用“硝酸-硫酸-氫氟酸”的分解方法的確能夠將銅鉻合金抑或是銅鉻鋯等合金中的鉻完全分解。同時，該分解方法具有上手簡單、實驗周期短、實驗結果穩定、實驗數據準確的優勢，且其所需承擔的實驗成本并不高，因而具備一定的可實踐性。