2017, Vol. 8引用本文 |
| 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钇铁合金中14种稀土杂质元素 |  [PDF全文] |
随着钕铁硼永磁等新型稀土材料产业的迅速发展和应用 [1-2]，为降低生产成本，钇铁合金作为取代纯稀土金属生产钕铁硼永磁材料[3]添加剂的需求也越来越大，同时还大量应用于各种钢铁产品中[4].目前，钇铁合金生产工艺成熟 [5-6]]并已形成工业化生产.但到目前为止，尚未有相应的钇铁合金中稀土杂质的分析方法[7]，这对生产企业产品的质量控制监测和生产工艺要求的提高是不利的，文中采用ICP-AES法测定钇铁合金中14种稀土杂质元素，考察了各种稀土杂质元素的检出限.方法操作简便，结果准确，可满足产品检测要求.
1 实验 1.1 仪器及主要参数仪器：JY-HORIBA ULTIMA 2单道扫描等离子体发射光谱仪，分辨率：＜0.006 nm（200 nm处）；主要参数：输出功率为1.0 kW，观测高度为感应线圈上方13 mm，冷却气流量12 L/min，载气流量0.70 L/min.
1.2 试剂盐酸（1+1），过氧化氢（30 %）均为分析纯, 实验用水为实验室一级水.
1.3 试验方法 1.3.1 系列标准溶液的配制各系列标准基体浓度为5 mg/mL（含钇62.5 %，铁37.5 %）.其余14种稀土杂质单质元素分别为0, 0.25 μg/mL, 1.00 μg/mL, 5.00 μg/mL, 10.00 μg/mL.介质为5 %盐酸.
1.3.2 试样溶液的制备和检测称取0.50 g（精确至0.000 1 g）试样于100 mL烧杯中，加少量水润湿，加盐酸（1+1）溶液10 mL，数滴过氧化氢，低温加热至分解清亮，冷却至室温，移入100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀.按选定的分析谱线及仪器工作参数要求，与系列标准溶液同时进行等离子光谱测定.
2 结果与讨论 2.1 分析谱线的选择分析谱线的选择是试验的关键，重点要考察基体元素钇和铁对谱线的干扰，根据光谱波长表[8-9]预选几条强度大、激发电位低的灵敏线进行轮廓扫描，从中选出背景平坦、信背比大、灵敏度高的谱线作为分析线[10-11].各元素分析谱线见表 1.
| 表 1 元素的分析线波长 Table 1 Analytical spectral lines of the elements |
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2.2 共存元素对被测元素的干扰试验 2.2.1 稀土杂质元素之间的干扰
稀土谱线非常丰富，相互之间干扰会较严重[12-13]，试验方法可采用标加回收或轮廓扫描方式[14], 由于需考察的稀土杂质元素有14个，试验采用轮廓扫描的方式，分别用10 μg/mL的单一稀土元素对其它13种稀土元素谱线进行轮廓扫描，选出不受共存稀土元素相互干扰的分析谱线.
2.2.2 非稀土杂质元素的干扰根据钇铁合金的生产工艺及所用原料[15]，硅、铝、锰、钙、镁等杂质可能进入产品中，应考虑这些元素对被测元素谱线的干扰.采用含Al、Ca、Mg、Mn、Si各5 μg /mL的混合干扰液对所有选定的稀土元素谱线进行轮廓扫描.试验证明，对所选定的分析谱线无干扰.
2.3 基体变化对测定的影响目前钇铁合金产品中，主要有ω（Y）:ω（Fe）=65 %:35 %和60 %:40 % 2种规格，在ICP-AES分析中，从理论上要求分析标准与分析试液的组分一致[16]，以消除盐效应和溶液黏度效应带来的影响，但在实际分析中难以实现，这就必须考察基体变化对测定结果的影响，试验配制2个基体浓度不同，且被测稀土杂质一致的溶液进行测定.结果表明当Y含量在57 %~68 %，Fe含量在32 %~43 %之间变化时，对测定结果的影响可以忽略，试验结果见表 2.
| 表 2 钇-铁基体变化对测定影响实验结果 Table 2 Effects of matrix proportion in Y -Fe on the determination results |
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2.4 仪器工作参数的选择
在ICP-AES分析中，方法的测定下限首先由分析谱线的灵敏度确定，当谱线确定后，仪器工作参数对测定下限影响较大.由于仪器工作参数较多，实验采用正交设计来优化[17-19].采用5因素4水平正交设计，按L16（45）正交试验表安排试验，以信背比（I/Ib）和净强度（I-Ib）的综合值为评价指标，选择较优的仪器工作参数.因所测元素中Tb谱线相对更不灵敏，则以Tb谱线为试验对象，正交设计见表 3.
| 表 3 正交设计5因素4水平 Table 3 Orthogonal test for instrumentation conditions |
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2.5 检出限和检测下限
按照选定的分析参数及测定条件，用基体浓度为5 mg/mL的纯基体作空白，对各被测稀土元素测定11次，以3倍空白值信号的标准偏差与标准曲线斜率的比值计算检出限[20]，以10倍空白值信号的标准偏差与标准曲线斜率的比值计算测定下限，结果见表 4.
| 表 4 各元素的检出限和测定下限 Table 4 Limit of detection level and low limit of determination of elements |
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2.6 方法精密度试验
对某钇铁样品，按选定的分析条件进行11次测试.结果见表 5.
| 表 5 方法精密度试验 Table 5 The precisions test of method |
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2.7 方法回收率
对某钇铁样品，分别加入各稀土单质元素为1.25 μg/mL、2.50 μg/mL、5.00 μg/mL的3个混合稀土单质标准，在选定的分析条件下，按仪器分析程序进行上机测试，结果见表 6.
| 表 6 标准加入回收试验 Table 6 Recovery test in standard addition method |
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3 结论
通过考察基体干扰，共存元素干扰及正交设计等实验，优选了较优分析线，确立了分析范围，方法检出限.并且精密度及标加回收率等指标均符合分析检测的要求.此方法操作简便，结果准确可靠，能满足科研和生产的需要.
| [1] |
胡文艳. 钕铁硼永磁材料的性能及研究进展[J].
现代电子技术, 2012, 35(2): 151–152.
|
| [2] |
陈晋. 钕铁硼永磁材料的生产应用及发展前景[J].
铸造技术, 2012(4): 398–400.
|
| [3] |
孟凡伟. 添加钆和钇的钕铁硼永磁材料制备工艺研究[D]. 赣州: 江西理工大学, 2009.
|
| [4] |
陈海, 姜树斌, 杨贤木. 用铁素体球铁铸造燃气轮机缸体类铸件[J].
铸造技术, 2003(5): 404–407.
|
| [5] |
郭探, 王世栋, 叶秀深, 等. 熔盐电解法制备稀土合金研究进展[J].
中国科学:化学, 2012(9): 1328–1336.
|
| [6] |
庞思明, 颜世宏, 李宗安, 等. 我国熔盐电解法制备稀土金属及其合金工艺技术进展[J].
稀有金属, 2011, 35(3): 40–450.
|
| [7] |
朱玉华, 高兰.
中国稀土标准汇编[M]. 北京: 中国标准出版社, 2016.
|
| [8] |
万家亮.
现代光谱分析手册[M]. 武汉: 华中师大出版社, 1987.
|
| [9] |
冶金部科技科技情报所编译. 光谱线波长表[M]. 北京: 中国工业出版社, 1971.
|
| [10] |
张少夫. ICP-AES法直接测定氧化钇中14个稀土元素[J].
理化检验-化学分册, 1998, 34(1): 25–27.
|
| [11] |
黎英, 刘鸿, 潘建忠. 电感耦合等离子发射光谱法测定钆铁合金中稀土杂质量[J].
有色金属科学与工程, 2011, 2(6): 93–96.
|
| [12] |
赵君威, 梅坛, 鄢国强, 等. 电感耦合等离子体原子发射光谱分析中的光谱干扰及其校正的研究进展[J].
理化检验-化学分册, 2013, 49(3): 364–369.
|
| [13] |
沈兰荪.
光谱干扰校正方法的研究[M]. 北京: 北京工业大学出版社, 1997.
|
| [14] |
钱振彭, 张士道, 黄本立.
发射光谱分析[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1977: 289.
|
| [15] |
尹祖平, 郝占之. 氟盐体系电解制备钇铁合金几种原料的比较[J].
稀土, 1991(3): 70–72.
|
| [16] |
周西林, 李启华, 胡德声.
实用等离子体发射光谱分析技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2012: 57.
|
| [17] |
毛海梅, 陈碧波. 正交试验在化学分析中的应用[J].
海南矿冶, 1996(3): 38–39.
|
| [18] |
肖明耀.
误差理论与应用[M]. 北京: 计量出版社, 1985: 343.
|
| [19] |
刘瑞江, 张业旺, 闻崇炜, 等. 正交试验设计和分析方法研究[J].
实验技术与管理, 2010, 27(9): 52–55.
|
| [20] |
辛仁轩.
等离子体发射光谱分析[M]. 2版. 北京: 化学工业出版社, 2011: 155.
|