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; 爹 上海计 量测试
学 术 论 文
■匝匝匝墨旧 圈
用一氧化 二氮 一乙炔火焰原子
吸收光谱 法测 定镍基高温合 金中硅
薛 光荣 /中 国航 天科技 集团公 司上 海 空间 电源研 究所
阴极灯 ( 日本岛津) ;气体为一 氧化
本文 运 用 了一 氧化 二氮 一乙炔 原子 吸收 光谱 法测 定镍 基 高温合 金 中的硅 。介
二氮( N2 0 ) 和 乙炔 ( C 2 H 2 ) 。
绍硅 最 佳 测 定 条件 以及 呈 良好 线性 范 围的 浓 度 。 同 时对 干 扰 因 素进 行 了综 合 考 虑 。该 方法灵敏 度 高 ,干扰 小 ,选 择性 和重 现性 好 。 同时具 有 方法 步骤 简单 、操 作 容 易掌握 、分析 周期 短等优 点 。硅 含 量在 1  ̄5 0 p g・ ml 。 。 范围 内与吸 光度 呈 良好 的线 性 关系 。测 定样 品 中硅 1 O  ̄5 0 p g・ ml 。 。 ( n = 6 ) 时 ,其相 对 标 准偏 差均 为 1 . 0 。 标 准加入 回收率 在9 7 . 0 %~ 1 0 3 . 0 %( n = 6 ) 范 围 内 ,适用 于镍基 高温 合金 中硅 含 量 的 分析 。完全 达到 了实验室 分析质量 控制 的要求 。
关键 词
1 . 1 . 2 仪 器 工 作 参 数 及 测 定 条
件 :见 表 1
1 . 1 . 3 试 剂 :硝 酸 ( 分 析 纯) ( 1 + 1 ) ;氢 氟酸 ( 分析 纯) ( 1 +1 ) ;过 氧
化氢( 分析纯 ) ( 1 +1 ) ;偏 硼 酸 铵 溶
液( 优 级纯) 6 0 g・ L . I .氧化 镧溶 液 ( 优 级纯) 5 0 g・ L ;硅标准溶 液( s i 2 0 0 g / m1 ) ;准 确 称 取 0 . 4 2 7 9 g  ̄ 氧 化 硅 f 9 9 . 9 %以 上 , 预 先 经
硅 :一氧化二氮 一乙炔 ;原子吸收光谱法 :镍 基高温合 金 :测定技术
在航天空 间卫星系统 型号产品 的研制 过程 中,已经成功
I O 0 0  ̄ C 灼烧l h 后 ,置 于干燥 器 中 ,冷却 至 室温 ) ,置 于 加有
地选 用了一种镍基 高温合 金材料 。由于该材料 的质量 与含有 3 g 无水碳酸 钠的铂坩埚 中,上 面再覆盖( 1 —2 ) g 无水碳 酸钠 。 元素密切 相关 。特 别材料 中硅 含量 ,对航天空 间卫星研 制的 将 铂坩埚先于低温处加热 ,再置于9 5 0 ℃高温处加热熔融至透
明 ,继 续 加 热 熔 融 3 mi n 后 ,取 出 , 冷 却 ,放 入 盛 有 蒸 馏 水 的 灵敏度 又能达到要求 的硅含量 的分 析方 法 。近 几年来 ,对含 塑 料烧杯 中浸没熔块至 完全溶解 。移人 1 L 容 量瓶 中 ,用水 稀 有较 多共 同被测离子镍 基高
温 合金 中硅 含量 的分 析 ,通 常采 释 至刻度 ,摇匀 ,贮 于聚 四氟乙烯塑 料瓶 中 ,备 用 ;实验 用
性能尤 为突出 。因而很需要研 究一种 重复性好 ,准确 度高 ,
用 化学分析 法 。由于 这些方法 不但复杂 ,而且 费时 ,精度 和 去离子水 = 准确 度也不很 理想 ,因此 不易采 纳 。用 一氧化二 氮 一乙炔火 1 . 2 绘制标准 曲线
焰原 子吸收 光谱法测定镍 基高 温合金材料 中硅含量 的分析方 1 . 2 . 1 空 白试验值测 定 :空 白试 验值一 天做两个 ,连续做 五 法 ,已有 的国内外文献 均没有报 道 。这 种情况下 ,笔者 对运 天 。经过空 白试 验值测 定 ,符 合实验室 测定空 白试验值 的原
用一 氧化二氮 一乙炔火焰 原子吸 收光谱法测 定镍基 高温合金
则【 l 】 '见表2 。
1 . 2 . 2 硅标准溶液与吸光度之 比:准确移取5 . 0 ;1 0 . 0 ;1 5 . 0 ;
中硅 含量 进行 了研 究 ,并取 得 了一 定进展 。实验表 明 :该方 法具有 操作简便 ,容易掌 握 ,分析 周期短 等特点 。其 精密度
和准确度 都很理想 ,灵敏度 又能达 到要求 。同时 ,在 分析 与 测定镍基 高温合 金材料硅 含量时 ,它既能消 除在低温 火焰 中 出现 的化 学干扰 和物理干扰 ,也能在 高温火焰 中可部 分或完 全消 除。为此 ,本 文在研究 与运用一 氧化二 氮 一乙炔火 焰原 子吸收光 谱法测定镍 基高 温合金材料 中硅含量 ,对硅 的测定
2 0 . 0 ;2 5 . 0 ;3 0 . O ml 硅标 准 溶液 ( 2 0 0 g / m1 ) 置于 1 0 0 毫 升 容量
瓶 中( 此时含s i 浓 度为 1 0 ;2 0 ;3 0 ;4 0 ;5 0 ;6 0 g。 ml 。 ) ;加
6 0 g・ L 。 偏硼酸铵5 ml ;5 0 g・ L 氧化镧3 ml ;然 后 用 去 离 子 水
稀 释至刻度 ,混 匀 在符合 原子 吸收光谱 仪器工作参 数及测
定 条件下 对硅吸 光度的测试 ,并绘 制硅标准 工作 曲线 ,见表
3。
条件干扰 、浓度 的线性 范 围 、干扰 因素 以及灵敏 度 的提 高进
行了综合考虑 。
I 实 验 方 法
1 . 3 测 试
1 . 3 . 1 试样溶液 的制备 :准确称 取0 . 2 ~ 0 . 5 g 镍 基高温合 金试
样 ,用 ( 1 +1 ) 硝酸 1 5 m l ,再加 几 滴氢 氟 酸进 行 加热 溶解 ,加 ( 1 +1 ) 过 氧化氢3 ml 继续 加热至没有 气泡 为止 。然后加入6 0 g。 L 。 偏硼酸铵5 ml ;5 0 g・ L 。 氧化镧3 ml ;用水稀 释至 l O O ml 容 量
I .
I 主要 仪器工作 条件 与试 剂 I . I . I 仪器 :AA . 6 7 0 型原 子吸收光谱 仪( 日本 岛津 ) ;硅空 心
表1 仪 器 工 作 及 测 定 条 件
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麓 毒 萎 测 试
表2 空白试验值测试结果
瓶 中 ,待测 。如被 测浓 度 高 于测 定 范 围上 限 ,则 分液 后用 2 mo l ・ L 硝酸稀释 ,并补足氧化 镧溶 液。 1 . 3 . 2 在制备样 品溶液 时 ,同时做 两份 空 白,空 白值数据平 行 ,空白值过 高应追查其原 因。 1 . 4 列 出各表测定结果 1 . 4 . 1 测定结果与 回收率试验
测定结 果与 回收率试 验表 明 ;用一氧化 二氮 一乙炔火焰 原子 吸收光谱法 进行镍 基高温合 金材料 中硅含量 的测定 ,各
表3 硅标准溶液与吸光度之 比
测定值 的相对标准偏差 均小于 1 . 0 % = 6 ) ,标 准加入 回收率均
在9 7 . 0 % ~1 0 3 . 0 % = 6 ) 范围内 ,见 表4 、表5 。 在 分析与测试 中 ,用实验 理化分析 数据统计方法 进行 , 对 含硅量 分析测试 所得 到精 确度和 准确度进行 评价 ,它显示 出测试数据 好 。该 方法 的精 度与准 确度均能 满足航 天空间卫 星系统 产品的研制过 程中的技术需求 。
裹4
硅的相对标准偏差测定结果 ( n = 6 )
j 碡
爱 翻 酶
睁
1 0 . 8 I
表5
殛 、心
1 0 . 8 2
l 湘
l o
硅 的回收率测试结果 ( n = 6 )
_ 。 _ ——_
—— —
i ■
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一 再五 i
i
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2 2 . 7 5
细
4 3 . 1 9
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4 3 . 2 l
4 3 . 1 7
4 3 , 2 2
4 3 , 2 5
蛆 l
l 口
2 结 果 与讨 论
2 5 1 . 6 n m波长时灵敏度高 ,线性好 。见表6 。
表6 s i 的分 析 线
2 . 1 燃烧 比选择 选择适 当的燃烧 比能减少和 克服干扰 ,对于易形成单 氧
化物并具有 较高键能 的元素 ,如硅在一 般火焰 中不能有 效地 离解为基态 原子 ,因此利用还 原火焰夺 取氧化 物中氧 的办法 来 提高原子 化程 度 。试验表 明 :在一 氧化二氮 一乙炔火焰 的
比例 应选在火焰 中形 成红羽毛 区 ,略带 富燃性 ,它显示 出一 个 高 约2 . - - 4 n ' u n 的蓝. 白 色 反 应 带 , 其 上 方 是 有 特 征 的
5  ̄ 5 0 mm高的红 色还 原带 。在此区域测定硅可使 干扰 现象 大为
减 少 。这 是 因为 该 区域 自由氧
原子 的浓 度 最低 ,还 原性 的
NI . I - 、C O、C 等浓度较 高 ,易使单 氧化物解离而 释放 出 自由基 态原子【 z , 。否则容易引起信号数据偏高 ,影响测定结果。
2 . 2共振线选择 硅 在2 5 0 n m ~2 5 3 n m范 围内的6 条 分析线 和它们在 原子吸 收光谱 法 中的灵敏 度 。当光谱缝 宽度放 0 . 2 mm时 ,每一分 析
所示。 硅 有很多靠得 很近 的共振线 ,硅在2 5 0 -  ̄ 2 5 3 n m范 围内共 线 在测量范 围内都给 出一条线性工作 曲线 ,如 图1 图1 是硅在2 5 0~2 5 3 n m范 围内的6 条分析线表 示法 。从图 有六 条共振线。经过实验 ,当光谱通带 为0 . 2 n m时 ,能绘 制出 六条工作曲线 。结果表 明 ;要得 到表2 标 出的特征溶 液和满意 中可见采 用一氧 化二氮 一乙炔火焰 原子吸 收光谱法测 定含硅 5 1 . 6 n m分析线较为理想 ,如图2 所示 。 的 线 性 分 析 曲线 ,硅 有 很 多 靠 得 很 近 的 分 析 线 【 4 J ,采 用 量时 ,硅在2
曩● - — 簟一 刊 粤C N 3 1 . 1 4 2 4 / T B
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2 - . 毒 计 量 测 试
干 扰 。采 J  ̄ J 6 0 g・ L 偏 硼酸 锂  ̄1 5 0 g・ L - 1 柠 檬 酸完 全 能消 除
O 5
铅 、锌 、钡等 几种元 素共存 时干扰 的作用 ,并 能获得 更高的
灵敏度 。
3 结 论
2 5 0 6 9 2 5 2 . 8 5 2 51 . 4 3 2 5 2 . 41 2 51 9 2
0 . 4 0 . 3
以上 所述 ,运 用一氧化 二氮 一乙炔 火焰原子 吸收光谱法
0 . 2 0 . 1
对 测定镍 基高温合金 材料 中硅量 ,它是一种 非常有效 的仪器
分 析测定方 法 。各种 实验结 果表 明 :该方法具 有灵敏 度高 ,
S i (
0 5 0 】 0 0 】 5 0 2 0 0
m1 )
干扰小 ,选择性 和重现性 好 。同时方法 简化 了繁 杂的化学 分 析手续 ,操作容 易掌握 等特点 。精确度 与准确度 能满 足航 天
空间卫星型号产品研 制T作的要求 。 用 一氧化二 氮 一乙炔火 焰原子吸 收光谱法对 含有 较多共
图1 分析 线范 围内硅 的6 条工作 曲线
同被测 离子镍基 高温合金材 料 中含硅 量 的测 定 ,完全 达到 了
0 . 6 0
0 . 5 0 0 . 4 0
实 验 室 的仪 器 分析 质量 与 质量 控 制要 求 :适 用生 产 控制 分 析 ,同时提供 了新方法和新 的思路 。
参 考 文 献
l Cr a me r
J M .At o mi c a b s o r pt i o n s p e c t r o me t r y .Ne w Yo r k :S c i e n if t ic
2 5 0 2 51
0 . 3 0
0 . 2 O
0 . 1 0
O 2 4 9
P u b l i s hi n g Co mp a n y ,1 9 8 2 2 1 3 -2 49
2 P e a r l C .Qu a n t i t a t i v e c h e mi c a l An a l y s i s .Ne w Y o r k :S c i e n — t i i f c
图2 ( 2 5 0  ̄2 5 3 ) n m 范 围 内硅 的分 析线
Pu b l i s hi ng Co mp ny a ,1 9 6 9 2 3 0 - 2 4 0
2 . 3 燃烧器 高度选择
3 李述信 . 原子吸收光谱 分析中的干扰及 消除方 法. 北京 :北京地质
9 8 7 l ~ 3 5 燃烧器 的高度不 同 ,干扰情况也 不 同。因为它能减 少甚 出版社 ,l B. 威 尔茨 . 原 子吸收光谱. 北京 :北京地 质出版社 ,1 9 8 5 至完 全消除 干扰 。在一 氧化二 氮 一乙炔火 焰原 子吸收光谱 法 4
3l l -3 5 0
测定镉镍 电池浸渍液 中硅含 量 ,燃烧器高度在 1 3 mml  ̄ - , j " 完 全能
满足实际的需要 。
5 K e l l n e r R,Me r me n t J .Ch e mi c a l An a l y s i s[ M】 .V C H p u b l i — s h i n g
Co mp a n y . Ne w Yo r k ,1 99 5 l 5 5 -2 6 6
2 . 4 灯电流选择 实验 证实 :灯 电流的大小 对光源辐射 强度 ,共振 线的轮 廓 ,空心 阴极 灯 的寿命 都有 很大的影 响 。电流过低虽 然灵敏
度 有所提 高 ,但信噪 比稳定性 较差 。电流过 高虽 可提 高测 定 的稳定性 ,但灵敏度较低【 。为此最佳选择灯电流为 1 0 m A: 2 . 5 光谱通带宽 的选择 光谱 通带 宽对 测定硅 的含量 十分重要 【 ,如果 这时使 用 较大 的狭缝宽度丝 毫不会损 失原 子吸收 的灵 敏度 和选择性 :
6 Ra ma k r i s h a T V. An a l Ch i m. Ac t a 3 7 .1 9 6 7 5 6
7 Fl e mi n g H D. S p e c ro t c hi m. Ac t a 2 3 B.1 9 6 7 l 9 9
At om i c Ab s or p t i o n Spe c t r om e t r y t o Me a s
ur e t he
Co n t e n t o f S i H c o n i n Hi g h T e mp e r a t u r e o f
Ni c ke l AHo y
使用狭 缝过大 时 ,其缺点 是会导致 灵敏度下 降 ,分 析 曲线 的 非线性程 度增加 。在测定镍 基高温合 金含硅量 时 ,波 长选择
在2 5 1 . 6 n m、光谱通 带宽选 择在0 . 2 n ml  ̄ - , j " ,硅 的灵 敏度会 明显 上升 ,这时分析 曲线 的线性也会有所改善 。 2 . 6 温度对测定 的影响
Xu e Gu a n g r o n g
( S h a n g h a i I n s t i t u t e o f S p a c e P o we r S o u r c e , S h ng a h a i 2 0 0 2 3 3 , C h i n a )
Ab s t r a c t : Th e a p p l i c a t i o n of Ni ro t u s o x i d e ‘ e t h ne a f la me a t o mi c
a b s o r bi n g s p e c r t a l me t h o d t O me a s u r e he t c o n t e n t o f s i l i c o n i n Hi g h t e mp e r a ur t e o f n i c k e l a l l o y i s s ud t i e d . Th i s p a p e r i n ro t d u c e s he t o p t i mu m me a s ur i n g c o n d i t i on s f o r s i l i c o n nd a po t e n c y i n wh i c h a in f e l i ne r r a n g e p r e s e n t s , nd a ma k e s a s y nt h e t i c c o n s i d e r a t i o n t o i n t e fe r r e n c e f a c t o r s . Th e me t h o d h a s t h e a d v nt a a ge s o f h i g h s e n s i t i v i t y , An d t h i s me ho t d i s p r o v e d , t O b e s i mpl e o p e r a t i o n ,e a s y ma s t e r ,s h or t a n a l y z i n g c y c l e , Le s s
温度 高于 1 6 0 0  ̄ ( 2 时 ,硅 以二 氧化硅形式 损失 。从 2 2 0 0 ' 1 2 开始 记录到原 子化
信号 ,说 明二 氧化硅 的蒸气相解 离成硅原 子 。在 稍 高 的原 子化 温度 ,可能 会 生 成 的氧化 硅 也发 生 解
离 。当温度超过 2 9 0 0  ̄ ( 2 D - , t  ̄ u 速二 氧化硅形 成 ,所 以较高 的原 子 化温 度并 不 一 定有 利 。 为此 最 佳 的温 度控 制 在2 4 0 0  ̄ C~
2 6 0 0 ℃左 右 较 为理 想 【 7 1 。
i n t e r f e r e n c e nd a g o o d i n s e l e c t i v i y t a n d r e a p p e ra a n c e( S i l c o n c o n t e n t i n r ng a e o f 1 - 5 0 g‘ ml 。 。 i s w e l l p r o p o t r i o n a l t o a b s o r b nc a e ) . he T r e l a i t v e
s t a n d a r d d e v i a t i o n s re a a l l l e s s ha t n 1 . 0 % i n s i x s a mp l e me a s re u s .a nd he t
s t a n d a r d a d d i n g r e c o v e r y i s he t r a n g e o f 9 7 . 0 % 1 0 3 . O % i n s i x s a mpl e
me a s u r e s .Th e p r o p o s e d me t h o d Wa s p r o v e d t O b e a u s e f ul i n s t r u me n t na a l y t i c a l t e c h n i q u e i n ni r t o u s o x i d e — e t h ne a f l m e a a b s o r b i n g s p e c t r a l me t h o d. Ke ywo r d s: Si l i c o n ; Ni ro t u s o x i d e — e t h ne a la f m e ; At o mi c a b s o pt r i o n S pe c ro t p ho t o me t e r ;Hi g h t e mp e r a t u r e o f n i c ke l a l l o y;Ana l y s i s me t h d o
2 . 7 杂质元素干扰对测定的影响 结 果 表 明 ,试 样在 l O O ml 体 积 内 ,共 存离 子 允 许量 在
1 6 0 g・ ml 以下 的锰 、镁 、铜 、锌 等元 素对 测定硅含量无干 扰或 干扰较少 ;锆 、钡等产 生正 干扰 ;铋 、铅 、铁等产生 负