專利名稱：：等離子光譜法測鋁合金成分時制備鋁合金溶液樣品的方法
技術領域：
：本發明涉及一種等離子光譜法測量合金成分時制備鋁合金溶液樣品的方法。技術背景電感偶合高頻等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)是讓待檢樣品溶液經霧化后與氬氣形成氣溶膠，由載氣(氬氣)引入等離子體光源，樣品氣溶膠經等離子體蒸發、激發形成高能態粒子(元素的原子和離子)，這種不穩定的高能態粒子在向基態轉變時，會放出一定波長的光譜線，叫做元素的特征譜線，不同元素的特征譜線經光學系統分離開來，然后由測量元件測量這些特征譜線的強度，通過與特定的標準系列譜線進行比較和計算，可對樣品中各種元素進行定性和定量分析。由于等離子體光源最高溫度可達7000K10000K，因此可將大部分無機化合物激發成高能態的原子或離子，故它的分析靈敏度非常高、檢出限低、基體背景小，可以測定0.lug/L以下的元素，對水溶液中痕量元素的測定是一種有效的方法；所以采用等離子體光譜法可以有效測量鋁合金的成分。現有的堿溶法制備等離子光譜法測量鋁合金成分時所需鋁合金溶液樣品的方法是將固態的鋁合金試樣碎屑放置在銀質或聚四氟乙烯容器中，然后向容器中加入氫氧化鈉或氫氧化鉀和雙氧水，加熱而增加鋁合金溶解速率直至其完全溶解，獲得液態混合物料，接著再向混合物料中加入硫酸、鹽酸或硝酸等強酸進行酸堿中和并酸化(如果采用銀質容器制備鋁合金樣品時就不能用硝酸中和并酸化)，酸化后的混合物料可作為鋁合金溶液樣品送至等離子光譜儀中進行測定。使用該種堿溶法制備的鋁合金溶液樣品進行等離子光譜法測量鋁合金成分的缺點是第一，操作復雜，所需時間較長；第二，由于為了促進固態的鋁合金溶解，需要對容器進行加熱，能耗較多；第三，該種方法所需氫氧化鈉或氫氧化鉀和雙氧水的用量較大；第四，鹽度高，隨著加入不同的強酸，樣品溶液中含有較高濃度的硫酸鈉(或硫酸鉀)、氯化鈉(或氯化鉀)或硝酸鈉(或硝酸鉀)，使得等離子體光譜測定中的光譜背景大，干擾性大，不太適合等離子光譜分析法；第五，由于鹽度高，干擾性大，導致很難準確測定鋁合金中的微量雜質元素
發明內容本發明的目的是在采用等離子光譜法測定鋁合金化學成分時提供一種鹽度低、光譜背景低和較容易測定微量雜質元素的鋁合金溶液樣品的制備方法。實現本發明目的的技術方案是本發明的方法具有以下步驟①將固態的鋁合金樣品放置在塑料容器中，然后向塑料容器中加入足量的非氧化性強酸水溶液并使鋁合金樣品與強酸水溶液充分接觸，在強酸的作用下，塑料容器內的混合物料中有氣泡生成；②當容器內的混合物料中不再有氣泡生成時，再向混合物料中滴加硝酸的水溶液和氫氟酸的水溶液，直至固態鋁合金樣品全部溶解，靜置使溶液澄清透明后，將澄清透明溶液稀釋至標定體積并搖勻，即得到鋁合金樣品溶液；或者對靜置后的澄清透明溶液進行后處理后再稀釋至標定體積并搖勻，而得到鋁合金樣品溶液。所述技術方案中的術語"標定體積"，是指在使用標準鋁合金樣品繪制鋁合金成分工作曲線時，將定量的固態標準鋁合金樣品制備成標準鋁合金溶液樣品時的配制體積，因為只有將待測固態鋁合金樣品按照與將標準鋁合金制備成標準鋁合金溶液樣品的同樣方法進行制備待測鋁合金溶液樣品時，才能把等離子光譜儀對待測鋁合金樣品檢測的數據與標準工作曲線進行準確、方便的分析，進而得出準確的待測鋁合金樣品的化學成分含量。上述歩驟②中，在向混合物料中滴加硝酸的水溶液和氫氟酸的水溶液以使固態鋁合金樣品完全溶解的過程中，當混合物料中僅在溶液底部剩余有沉淀的固態物質時，停止滴加硝酸的水溶液而僅繼續滴加氫氟酸的水溶液至底部的固態物質全部溶解；當混合物料中僅在溶液表面上剩余有漂浮的固態物質時，停止滴加氫氟酸的水溶液而僅繼續滴加硝酸的水溶液至溶液表面上漂浮的固態物質全部溶解。當所用等離子光譜儀的進樣系統為玻璃進樣系統時，由于依照上述步驟①和步驟②所述方法制備的鋁合金溶液樣品中含有氫氟酸，而氫氟酸會腐蝕玻璃，損壞玻璃進樣系統，且由于氫氟酸與玻璃發生反應，還會千擾等離子光譜儀對鋁合金中硅元素含量的準確測定，所以當遇到所用進樣系統為玻璃進樣系統時，則在上述步驟②中，選擇對靜置后得到的澄清透明溶液進行后處理，所述后處理是向靜置后的澄清透明溶液中加入硼酸水溶液；其用途是讓硼酸與混合物料中過量的氫氟酸生成比較穩定的氟硼酸，使得最終制備的鋁合金溶液樣品可以直接取樣放入等離子光譜儀中進行檢測而不會對等離子光譜儀的玻璃進樣系統產生腐蝕，同時也有效防止千擾對鋁合金中硅元素含量的測定。上述步驟②中，選擇后處理時，其中所用硼酸水溶液所含硼酸的質量與步驟②中所用氫氟酸的水溶液中所含HF的質量比為24:1。所用硼酸水溶液中硼酸的重量百分含量為1%5%，優選為2%5%。上述步驟①中，所述鋁合金為高硅鋁合金，硅元素在所述高硅鋁合金屮的重量百分含量是O.5%25%，優選1%15%。上述步驟①中，所述非氧化性強酸是指與金屬反應時酸根離子不發生化學變化的且在水溶液中能夠完全電離的酸；由于稀鹽酸或稀硫酸容易采購且價格較為低廉，所以本發明將稀鹽酸或稀硫酸作為所選用非氧化性強酸的優選方案，至于所用非氧化性強酸中的濃度含量并無特殊要求，只需要適合于操作即可。例如所述稀鹽酸中鹽酸的重量百分含量一般可選用5%3()%，環境壓力和環境溫度下的飽和濃度的鹽酸水溶液也是可行的；所述稀硫酸中硫酸的重量百分含量一般可選用10%60%。上述步驟②中，對所用氫氟酸中氟化氫的含量和所用硝酸中硝酸的含量并無特殊要求，只需要適合于滴定操作即可。一般采用氟化氫的重量百分含量為8%4()%的氫氟酸水溶液，優選為10%35%;硝酸的重量百分含量為40%~90%的硝酸水溶液，優選為30%8()%。本發明具有積極的效果(1)本發明方法無需向固態鋁合金中加入氫氧化鈉或氫氧化鉀和雙氧水，也無需加熱，與現有技術的堿溶法制備鋁合金溶液樣品的方法相比，具有步驟簡單，效率較高的優點。(2)本發明方法無需加熱，且由于采用酸溶法溶解鋁合金，溶解速度較快，與現有技術的堿溶法制備鋁合金溶液樣品的方法相比，具有耗時短的優點。(3)本發明方法采用酸溶法溶解鋁合金，與現有技術的堿溶法制備鋁合金溶液樣品的方法相比，具有所需試劑較少的優點。(4)本發明方法制備的鋁合金溶液中，鹽度低、光譜背景低，非常適合于等離子光譜分析。在利用電感偶合高頻等離子體光譜法對鋁合金中各元素含量進行測定的過程中，例如，選取0.1g固態鋁合金樣品用于制備鋁合金溶液樣品，如果采用傳統的堿溶法制備，則在制成的成品鋁合金溶液樣品中，鈉或鉀離子在溶液中的含量約為5000mg/L10000mg/L，而此時溶液中待測的合金元素的含量為lmg/L100mg/L，其他雜質元素的含量一般在0.01lmg/L;同時，由于堿金屬鈉或鉀元素是一種極易被激發的元素，所發射的光強度高，這樣就使得雜散光光強也較高；而且鈉或鉀在多個波長有特征光譜，使得雜散光波長分布也廣，這就容易對合金元素的光譜測量造成干擾，對于含量只有鈉或鉀的幾十萬分之一的雜質元素的測定則干擾更大。另外，由于所用氫氧化鈉或氫氧化鉀也常常含有少量的鎂、鈣等雜質元素，其含量已經足以影響利用電感偶合高頻等離子體光譜法對鋁合金中的鎂、鈣等元素含量進行檢測的測定結果，使其結果產生較大的誤差。而如果采用本發明方法制備鋁合金樣品，由于所用試劑主要是各種酸，且其中大量含有的元素是氮、硫或氯、氟、硼等非金屬元素，它們都屬于較難被激發的元素，且特征譜線大多在遠紫外區，光譜強度又很弱，所以在等離子光譜測定中的光譜背景就很小；所以釆用本發明方法制備的鋁合金溶液樣品，具有鹽度低、光譜背景低、干擾性小的優點，使得依照本發明方法制備的鋁合金溶液樣品，非常適合于釆用電感偶合高頻等離子體光譜法對包括微量雜質元素在內的鋁合金各元素成分含量進行測定。具體實施方式稱取l丄克牌號為ZL104的固態的碎屑狀鋁合金樣品，將其分成質量相等的I、II、III、IV、V、VI、VD、VID、K、X、XI、M、XIII、XIV、XV共十五份，每份為0.1000克，分開放置待用。(實施例1)本實施例為等離子光譜法測量第I份鋁合金樣品時制備所需鋁合金溶液樣品的方法，具有以下步驟①取上述第I份鋁合金樣品，放置在透明的100ml塑料容量瓶中，然后向塑料容量瓶中加入10ml質量百分濃度為20。/。的鹽酸水溶液，并使固態鋁合金樣品位于混合物料液面下，在鹽酸的作用下，容器內的混合物料中有氣泡生成，鋁合金逐漸溶解；②當塑料容量瓶內的混合物料中不再有氣泡生成時，再向混合物料中滴加2ml質量百分濃度為65%的硝酸水溶液和10滴質量百分濃度為40%的氫氟酸水溶液(20滴氫氟酸水溶液的體積約為lml，也即每滴溶液的體積為0.05ml)，靜置一段時間后發現，混合物料中僅在溶液底部剩余有沉淀的固態物質。此時，停止滴加硝酸的水溶液而僅繼續滴加5滴質量百分濃度為40%氫氟酸的水溶液直至容量瓶底部的固態物質全部溶解，再靜置使混合物料澄清透明后，向混合溶液中加入去離子水，直至液面到達容量瓶100m]刻度值處，搖晃塑料容量瓶使混合物料混合均勻后，將容器內的澄清透明溶液作為等離子光譜法測量鋁合金成分時的所需的待測鋁合金溶液樣品。采用電感耦合等離子光譜儀對本實施例所制備鋁合金溶液樣品進行的檢測將制備好的鋁合金待測溶液樣品吸入等離子光譜儀進料系統中，對其進行檢測，將檢測數據與標準工作曲線(該標準工作曲線是使用該種等離子光譜儀對按照與本實施例相同的方法制備的同一系列的不同含量的標準鋁合金的標準樣品溶液進行檢測、繪制得到的標準工作曲線)進行分析對比，其分析結果是本實施例鋁合金樣品(即第I份鋁合金樣品)中的各組分元素及各組分元素在該樣品中的重量百分含量見表1。(實施例2至實施例5)實施例2至實施例5中的各實施例為等離子光譜法測量第II份至第V份鋁合金樣品時制備所需鋁合金溶液樣品的方法，其制備方法與實施例l基本相同，不同之處在于各實施例的制備過程中所用藥品的濃度和用量有所不同，實施例2至實施例5中的各實施例所用藥品的用量和濃度的相關數據見表J。采用電感耦合等離子光譜儀對實施例2至實施例5所制備的鋁合金溶液樣品進行檢測，其檢測和分析方法與實施例1基本相同，不同之處在于實施例2至實施例5所制備的鋁合金溶液樣品的分析結果有所不同，其相關數據見表l。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>(實施例6)本實施例為等離子光譜法測量第VI份鋁合金樣品成分時制備所需鋁合金溶液樣品的方法，其制備方法與實施例l基本相同，不同之處在于步驟①中，所用非氧化性強酸為質量百分濃度為30%的硫酸水溶液，其用量為10ml;步驟②中，當塑料容量瓶內的混合物料中不再有氣泡生成時，再向混合物料中滴加lml質量百分濃度為65%的硝酸水溶液和15滴質量百分濃度為40%的氫氟酸水溶液，靜置一段時間后發現，混合物料中僅在表面上剩余有漂浮的固態物質。此時，停止滴加氫氟酸的水溶液而僅繼續滴加lml質量百分濃度為65%的硝酸的水溶液至溶液表面上漂浮的的固態物質全部溶解；再靜置使混合物料澄清透明后，向混合溶液中加入去離子水，直至液面到達容量瓶100ml刻度值處，搖晃塑料容量瓶使混合物料混合均勻后，將容器內的澄清透明溶液作為等離子光譜法測量鋁合金成分時的所需的待測鋁合金溶液樣品。采用電感耦合等離子光譜儀對本實施例所制備的鋁合金溶液樣品進行檢測將制備好的鋁合金待測溶液樣品吸入等離子光譜儀進料系統中，對其進行檢測，將檢測數據與標準工作曲線(該標準工作曲線是使用該種等離子光譜儀對按照與本實施例相同的方法制備的同一系列的不同含量的標準鋁合金的標準樣品溶液進行檢測、繪制得到的標準工作曲線)進行分析對比，其分析結果是本實施例鋁合金樣品(即第VI份鋁合金樣品)中的各組分元素及各組分元素在該樣品中的重量百分含量見表2。(實施例7至實施例10)實施例7至實施例10中的各實施例為等離子光譜法測量第vn份至第x份鋁合金樣品時制備所需鋁合金溶液樣品的方法，其制備方法與實施例6基本相同，不同之處在于各實施例的制備過程中所用藥品的濃度和用量有所不同，實施例7至實施例10中的各實施例所用藥品的用量和濃度的相關數據見表2。采用電感耦合等離子光譜儀對實施例7至實施例10所制備的鋁合金溶液樣品進行檢測，其檢測和分析方法與實施例6基本相同，不同之處在于實施例7至實施例10所制備的鋁合金溶液樣品的分析結果有所不同，其相關數據見表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>下述實施例11至實施例15中所用的電感耦合等離子光譜儀不具備氫氟酸進樣系統，所以要對所需鋁合金溶液樣品進行后處理后方能應用電感耦合等離子光譜儀對鋁合金溶液樣品進行檢測。(實施例11)本實施例為等離子光譜法測量第XI份鋁合金樣品時制備所需鋁合金溶液樣品的方法，具有以下歩驟①取上述第XI份鋁合金樣品，放置在透明的100ml塑料容量瓶中，然后向塑料容量瓶中加入10ml質量百分濃度為20%的鹽酸水溶液，并使固態鋁合金樣品位于混合物料液面下，在鹽酸的作用下，容器內的混合物料中有氣泡生成，鋁合金逐漸溶解；②當塑料容量瓶內的混合物料中不再有氣泡生成時，再向混合物料中滴加2ml質量百分濃度為65%的硝酸水溶液和15滴質量百分濃度為40%的氫氟酸水溶液(20滴氫氟酸水溶液的體積約為lml,也即每滴溶液的體積為0.05mu,靜置一段時間后固態物質全部溶解，待混合物料澄清透明后，向溶液中加入30ml的重量百分濃度為4%硼酸水溶液，向混合溶液中加入去離子水，直至液面到達容量瓶100ml刻度值處，搖晃塑料容量瓶使混合物料混合均勻后，將容器內的澄清透明溶液作為等離子光譜法測量鋁合金成分時的所需的待測鋁合金溶液樣品。采用電感耦合等離子光譜儀對本實施例所用鋁合金進行的檢測將制備好的鋁合金待測溶液樣品吸入等離子光譜儀進料系統中，對其進行檢測，將檢測數據與標準工作曲線(該標準工作曲線是使用該種等離子光譜儀對按照與本實施例相同的方法制備的同一系列的不同含量的標準鋁合金的標準樣品溶液進行檢測、繪制得到的標準工作曲線)進行分析對比，其分析結果是本實施例鋁合金樣品(即第XI份鋁合金樣品)中的各組分元素及各組分元素在該樣品中的重量百分含量見表3。(實施例2至實施例15)實施例12至實施例15中的各實施例為等離子光譜法測量第XE份至第XV份鋁合金樣品時制備所需鋁合金溶液樣品的方法，其制備方法與實施例tl基本相同，不同之處在于各實施例的制備過程中所用藥品的濃度和用量有所不同，實施例12至實施例15中的各實施例所用藥品的用量和濃度的相關數據見表3。采用電感耦合等離子光譜儀對實施例12至實施例15所制備的鋁合金溶液樣品進行檢測，其檢測和分析方法與實施例11基本相同，不同之處在于實施例12至實施例15所制備的鋁合金溶液樣品的分析結果有所不同，其相關數據見表3。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。權利要求1、一種等離子光譜法測鋁合金成分時制備鋁合金溶液樣品的方法，具有以下步驟①將固態的鋁合金樣品放置在塑料容器中，然后向塑料容器中加入足量的非氧化性強酸水溶液并使鋁合金樣品與強酸水溶液充分接觸，在強酸的作用下，塑料容器內的混合物料中有氣泡生成；②當容器內的混合物料中不再有氣泡生成時，再向混合物料中滴加硝酸的水溶液和氫氟酸的水溶液，直至固態鋁合金樣品全部溶解，靜置使溶液澄清透明后，將澄清透明溶液稀釋至標定體積并搖勻，即得到鋁合金樣品溶液；或者對靜置后的澄清透明溶液進行后處理后再稀釋至標定體積并搖勻，而得到鋁合金樣品溶液。2、根據權利要求1所述的等離子光譜法測鋁合金成分時制備鋁合金溶液樣品的方法，其特征在于步驟②中，在向混合物料中滴加硝酸的水溶液和氫氟酸的水溶液以使固態鋁合金樣品完全溶解的過程中，當混合物料中僅在溶液底部剩余有沉淀的固態物質時，停止滴加硝酸的水溶液而僅繼續滴加氫氟酸的水溶液至底部的固態物質全部溶解；當混合物料中僅在溶液表面上剩余有漂浮的固態物質時，停止滴加氫氟酸的水溶液而僅繼續滴加硝酸的水溶液至溶液表面上漂浮的固態物質全部溶解。3、根據權利要求1所述的等離子光譜法測鋁合金成分時制備鋁合金溶液樣品的方法，其特征在于步驟②中，對靜置后的澄清透明溶液進行后處理是向溶液中加入硼酸水溶液。4、根據權利要求3所述的等離子光譜法測鋁合金成分時制備鋁合金溶液樣品的方法，其特征在于后處理步驟中的所用硼酸水溶液所含硼酸的質量與步驟②中所用氫氟酸的水溶液中所含氟化氫的質量比為24:1。5、根據權利要求4所述的等離子光譜法測鋁合金成分時制備鋁合金溶液樣品的方法，其特征在于所用硼酸水溶液中硼酸的重量百分含量為1%5%。6、根據權利要求5所述的等離子光譜法測鋁合金成分時制備鋁合金溶液樣品的方法，其特征在于所用硼酸水溶液中硼酸的重量百分含量為2%5%。7、根據權利要求1所述的等離子光譜法測鋁合金成分時制備鋁合金溶液樣品的方法，其特征在于步驟①中，所述鋁合金為高硅鋁合金，硅元素在所述高硅鋁合金中的重量百分含量是0.5%25%;步驟①中，所述非氧化性強酸是稀鹽酸或稀硫酸。8、根據權利要求7所述的等離子光譜法測鋁合金成分時制備鋁合金溶液樣品的方法，其特征在于硅元素在所述高硅鋁合金中的重量百分含量是1%15%;步驟①中，所述稀鹽酸中鹽酸的重量百分含量為5%30%，所述稀硫酸中硫酸的重量百分含量為腦60%。9、根據權利要求1所述的等離子光譜法測鋁合金成分時制備鋁合金溶液樣品的方法，其特征在于步驟②中，所用氫氟酸中氟化氫的重量百分含量為8%40%，所用硝酸中硝酸的重量百分含量為40%90%。10、根據權利要求9所述的等離子光譜法測鋁合金成分時制備鋁合金溶液樣品的方法，其特征在于步驟②中，所用氫氟酸中氟化氫的重量百分含量為10%35%，所用硝酸中硝酸的重量百分含量為30%80%。全文摘要本發明涉及一種等離子光譜法測量合金成分時制備鋁合金溶液樣品的方法。該方法先將固態的鋁合金樣品放置在塑料容器中，然后向塑料容器中加入足量的非氧化性強酸水溶液并使鋁合金樣品與強酸水溶液充分接觸，塑料容器內的混合物料中有氣泡生成；直到不再有氣泡生成時，再向混合物料中滴加硝酸的水溶液和氫氟酸的水溶液，直至固態鋁合金樣品全部溶解，靜置使溶液澄清透明后將其稀釋至標定體積并搖勻，即得到鋁合金樣品溶液；或者靜置使溶液澄清透明、在進行了后處理后再稀釋至標定體積并搖勻，而得到鋁合金樣品溶液。本發明方法制備的鋁合金溶液樣品鹽度低、光譜背景低且較容易測定微量雜質元素。文檔編號G01N21/62GK101131340SQ200610111649公開日2008年2月27日申請日期2006年8月21日優先權日2006年8月21日發明者朱向陽申請人:中國南車集團戚墅堰機車車輛廠