ICP-AES 法测定钛钽合金中硅元素的分析谱线研究

Ti-Ta 系合金因其在高温硝酸中具有良好的耐蚀性，对辐照不敏感，且介质中的氧化性金属阳离子对其具有缓蚀作用而备受关注，因而作为新型材料被应用于核乏燃料后处理关键设备 [1]。又因其优异的生物相容性、力学性能、耐腐蚀性能和加工性能，在生物医学领域，特别是人体植入物方面显示出巨大的潜力。硅在合金中起着改善流动性及抗拉强度、高温强度、硬度、切削性的作用 [2]，因此对钛钽合金中硅的测定就显的尤为重要。ICP - AES 法以其分析速度快、操作简单、灵敏度高、检出限低、分析精确度好等特点已成为现代化学分析的重要检测手段之一，广泛应用于冶金、地质、环境等诸多领域[3]。

当前国内采用电感耦合等离子体原子发射光谱法来测定钛及钛合金、钽中的硅含量，分别见行业标准 YS/T1262-2018^[4] 和 GB/T15076.6AA-2020^[5] ，对钛钽合金中硅含量的 ICP-AES 测定还未有研究和介绍，为解决该检测问题，特研究了钛钽合金中硅含量的ICP-AES 测定。本研究以硝酸 - 氢氟酸分解试样，采用标准曲线法，用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定了钛钽合金中硅含量，确定 251.61nm 为最佳测定谱线。

1 仪器与试剂

赛默飞 Thermal ICP Pro X 电感耦合等离子体原子发射光谱仪；氢氟酸（优级纯）；硝酸（优级纯）；单元素标准溶液：Si（质量浓度1000μg/ml ）；高纯钛；高纯钽粉；试验用水均为实验室二级水。

2 结果与分析

2.1 元素分析谱线推荐

行业标准 YS/T1262-2018 中对海绵钛、钛及钛合金中硅的 ICP-AES 测定给出的分析谱线为 251.61nm 和 288.16nm ，同时标准中提到硅元素在 288.16nm 分析谱线时可能的干扰元素有 Ta，仪器显示288.158nm 谱线在测定硅含量时与钽存在干扰，故不选用 288.158nm 谱线。日常检测工作中，Thermal ICP Pro X 在测定硅含量时我们通常会选用 185.067nm 谱线，在 185.067nm 谱线仪器虽未提示有 Ta 干扰，但在测定过程中发现存在谱线干扰。GB/T15076.6-2020 中钽中硅的 ICP-AES 测定推荐的分析谱线为 251.612nm ，因此，暂且选用 251.611 这条谱线，后面用工作曲线及合成样品等进一步验证该谱线测定结果的准确性。

2.2 基体干扰

钛钽合金的杂质元素含量相对较低，同时ICP-AES 具有较高的分辨率和较强的背景干扰校正功能，因此，其它杂质元素间的干扰可以忽略不计。试验主要考虑基体对硅含量测定的影响，分别配置了 0.5μg/ mL、 3.5μg/mL 、 5.0μg/mL 硅标准溶液，再根据钛钽合金所含常量元素以及试验方法规定的称样量加入相应量的纯钛和纯钽，以模拟合金基体，用优级纯氢氟酸和硝酸溶解试样，移入 100ml 容量瓶，用水定容至刻度。通过比较无基体和有基体溶液的测定强度差异，确定基体对硅含量的影响情况。

由表 1 数据可见，钛钽基体对硅元素的影响为基体减弱型。试验采取基体匹配法以消除因基体效应的影响对硅测量时产生的干扰。

表1 基体元素干扰

2.3 工作曲线

称取 6 份 0.5g 纯钛、纯钽合成的基体，纯钛、纯钽比例依据样品比例配置，用氢氟酸- 硝酸溶解后分别置于6 个 100ml 聚乙烯容量瓶中，分别移取 0ml ， 0.05ml ， 0.25ml ， 0.35ml ， 0.5ml ， 0.7ml 硅标准溶液（ 1000μg/ ml），用水定容至刻度线，混匀，在最佳实验条件下，采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪对工作曲线进行测定，分析谱线251.611nm 时，样品中元素工作曲线为： y=1048.371x+205.602 ，相关系数 0.9999。

2.4 样品分析

2.4.1 样品测试结果与精密度

对钛钽合金样品独立测定7 次，测试结果与精密度实验数据见表2，由表2 可知，精密度高。

表2 钛钽试样测试结果与精密度

2.4.2 加标回收试验

为确认方法的准确性，针对钛钽合金试样开展了加标回收试验：往样品 1、合成样 1、合成样 2 均加入 0.05%Si 量，测得 Si 总量分别为0.085% ， 0.063% ， 0.076% ，回收率分别为 96.0， 102.0%.98.0% 。由数据可见，试样加标回收率在 96.0%～ 102.0% 之间，正确度好。

3 结论

通过对硅元素不同谱线进行试验分析，用纯钛和纯钽匹配基体以消除基体影响，最终得到以下结论：采用电感耦合等离子体发射光谱法测定钛钽合金中硅元素时，美国热电 Thermal ICP Pro X 测定钛钽合金中硅元素的最佳谱线为定 251.611nm 。

参考文献：

1. 杨帆，吴金平，郭荻子，赵彬，罗媛媛 .Ti-Ta 合金在硝酸中腐蚀电化学研究 [J]. 2018 钛年会会议文集 ，2018.

2. 董飞，贺国强，张贵田 . 合金元素 Si 在钛合金中作用的研究进展 [J]. 金属热处理，2007，32（11）：5-10.

3. 周萍，刘永林，徐京鹏，徐芝亮，张智怡 . 电感耦合等离子体发射光谱法测定铝钽钛合金中 6 种元素 [J]. 江西化工，2015，（5）：73-75.

4.YS/T 1262-2018 《海绵钛、钛及钛合金化学分析方法 多元素含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法》[S]. 中华人民共和国工业和信息化部，2018.

5.GB ∕ T 15076.6-2020《钽铌化学分析方法 第 6 部分：硅量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法》[S]. 国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会，2020.