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用一氧化二氮-乙炔火焰原子吸收光谱法测定镍基高温合金中硅

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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  

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硅 的回收率测试结果 ( n = 6 )  

_ 。 _ ——_

—— —

i ■

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一   再五 i  

i  

#  l   l

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}  

2 2 . 7 5

细 

4 3 . 1 9  

赣2 0  

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 


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