ICP-OES法检测锌镁铝合金锭中的化学成分

杨宗莹，张云，王君祥

(1.宝钢湛江钢铁有限公司，制造管理部，广东 湛江 524072；
2.桂林理工大学，化学与生物工程学院，广西 桂林 541004)

在当今国际上，锌铝镁镀层钢板仍属于新产品，其主要应用于汽车领域上，具有良好的应用前景[1]。锌铝镁合金中的铝镁含量会影响合金的耐蚀性及合金的强度，而其他微量元素也对锌铝镁合金的凝固组织及力学性能有影响[2]，所以在生产过程中需要对锌铝镁合金锭中的各种元素进行分析检测。ICP-OES法具有：线性宽、稳定性好，能够同时进行多元素测定，精确度高，方便快捷等特点[3]，能够很好地满足锌合金产品的检测需求。

我国的科技水平突飞猛进，我国对实验室化学分析方法的要求愈加严格。我国出台了实验室对化学分析方法进行确认和方法验证的指南性文件，旨在提高实验室化学分析方法和检测数据的质量，确保化学分析实验室所提供数据的有效性、公正性和可靠性。

1.1 仪器及工作条件

美国安捷伦725型电感耦合等离子体发射光谱仪；
功率：1.2 kW；
等离子气：15.0 L/min；
辅助气流量：1.5 L/min；
雾化器流量：0.75 L/min；
炬管高度：9 mm。

分析线波长：Al：396.1；
Mg：280.2；
La：333.7；
Ce：418.6；
Si：251.6；
Fe：259.9；
Sr：407.7；
Pb：220.3；
Cd：226.5；
V：292.401；
Sn：283.998。

1.2 主要试剂与材料

HCL：(1+1)分析纯；
HNO3：(1+1)分析纯；
过氧化氢：30%；
高纯锌粉：纯度大于99.999%；
Al、Mg、Fe、Sr、La、Ce、Pb、Cr、V、Sn标准溶液1 mg/mL，Si标准溶液0.5 mg/mL。

1.3 标准曲线配制

称取6份约0.5 g纯锌粉，置于400 mL聚四氟乙烯烧杯或石英烧杯中。加入与溶解试样所使用到的同等量及同浓度的酸溶液，盖上表面皿，待剧烈反应停止后，在电炉上低温加热分解试样，至试样完全溶解，溶液呈透明状，冷却后转移至6个100 mL容量瓶中，配置标准系列溶液。

1.4 氩气

氩气(≥99.99%)。

1.5 实验方法

1.5.1 锌铝镁锭试样的制备

在钻取锌铝镁合金锭试样前，使用车床将合金锭表面的氧化层去除，一般去除表面0.3 cm以上试样即可。再将锌铝镁锭钻取成屑状作为检测用试样。

1.5.2 锌铝镁锭试样的溶解

准确称取约0.5 g(精确至0.000 1 g)锌铝镁合金屑状物，置于400 mL聚四氟乙烯烧杯或石英烧杯中。加入约20 mL硝酸(1+1)或20 mL盐酸(1+1)，盖上表面皿，待剧烈反应停止后，在电炉上低温加热分解试样，至试样完全溶解，溶液呈透明状。待试样冷却后，再将溶液转移至100 mL容量瓶中，加水稀释至刻度线定容，摇均匀。同时按照上述同样的方法，不添加试样的情况下，制作试剂空白。

1.5.3 测定

选定仪器使用参数，对标样溶液、试剂空白、试样溶液进行测定，测定时ICP设定为扣除试剂空白模式。由计算机输出各被测元素的浓度。

2.1 溶解方法的选择

在国标中对锌合金采用硝酸溶解[4-7]，而对镁合金则采用盐酸溶解。在锌铝镁合金中含有锌、铝、镁三种元素，取现场锌铝镁合金锭作溶解方法的选择实验。对同一锌铝镁合金样分别使用硝酸、盐酸进行分解，测定各被测元素的含量。在实验过程中，发现盐酸对合金锭的溶解速度比硝酸的溶解速度较慢，在溶解过程中还需添加双氧水增加其溶解强度从而加快溶解的速度。研究结果表明，硝酸与盐酸分别溶解试样对被测元素的检测结果无明显的差异，而直接使用硝酸溶解更方便快捷，从而可选用硝酸(1+1)溶解锌铝镁合金样。

2.2 精密度试验

称取同一样品，使用20 mL硝酸(1+1)溶解，进行10次测定，精密度如表1所示。从表1中可见，用ICP-OES测 锌 铝 镁 合 金 锭 的Al、Fe、Mg、Sr、La、Ce元素的含量的相对标准偏差RSD%均能控制在5%以内，其具有良好的精密度。

表1 精密度试验

2.3 加标回收试验

对锌铝镁合金锭中的Al、Fe、Mg、Sr、La、Ce元素进行加标回收试验，结果如表2所示。各个元素的回收率98.6%～105.0%在之间，数据结果准确可靠。

表2 加标回收试验结果

2.4 比对试验

取2个批次湖南株冶供湛江的锌铝镁合金锭使用三种方法进行分析检测，方法1为本论文中使用的方法，即使用硝酸(1+1)进行溶解后，定容到100 mL容量瓶中，用ICP-OES进行分析检测；
方法2为使用车床、钻床对试样表面进行前处理后，再使用直读光谱进行分析检测；
方法3为使用盐酸(1+1)及过氧化氢(30%)将试样溶解，定容到100毫升容量瓶中，分取1/10试液定容到另一个100 mL容量瓶中，再使用ICP-OES进行分析检测。如表3所示，可以得知，锌铝镁锭使用不同方法进行分析检测时并无明显差异，满足GB/T 12689.12—2004锌及锌合金化学分析方法再现性要求。

表3 比对试验

检测方法的验证和确认是确保检测结果准确性和可靠性非常重要一个的环节，也是实验室必做的工作之一。只有做好方法的验证和确认，才能够确保实验室具有使用新方法进行检测的技术能力。

本方法通过使用电感耦合等离子体发射光谱仪，测定锌铝镁合金中的铝、铁、镁、锶、镧、铈、铅、镉、硅、钒、锡11种元素的含量，通过不同溶解方法的比对试验，选取硝酸(1+1)进行溶解的速度更快、更便捷；
通过对精密度试验与不同方法间的比对试验，该方法具有良好的精密度与准确度，满足GB/T 12689.12—2004锌及锌合金化学分析方法再现性和重复性要求。本方法能够满足生产上锌镁铝合金锭(Al：1%～2%、Mg：1%～2%)快速分析的要求。