ICP-AES法快速准确测定氧化铝铜中氧化铝含量

陈浩楠

（广东省科学院工业分析检测中心，广东 广州 510650）

氧化铝铜（又名纳米氧化铝弥散强化铜）是镀锌钢板、镀镍板、镍带、铝合金、不锈钢、黄铜等材质点焊时的专用材料，其具有抗软化、耐磨、耐烧蚀、使用寿命长、点焊次数高等优点。目前，氧化铝铜有广泛的研究及应用，一般应用于大型微波管结构和导电材料、切换开关、带银触头、引线框架材料和电子封装材料，以及电阻电焊极、电池点焊极等部件和耗材［1-9］。美国ASTM标准中氧化铝铜的牌号有C15715、C15740、C15760，其中氧化铝含量分别为0.3%、0.6%和1.1%。

氧化铝铜中氧化铝含量的测定，已有相应的国标［10］。但是所规定的方法中，称取1—5 g的样品，先用硝酸低温水浴溶解，将过滤后的沉淀连同滤纸灰化后，再用焦硫酸钾熔融并浸出，然后用EDTA滴定法测定铝含量，或者用ICP-AES基体匹配法测定铝含量。当硝酸水浴时，如果温度偏高氧化铝会部分溶解，导致测定结果偏低；
当焦硫酸钾熔融时，需高温操作两次；
当基体匹配法测定时，需准确控制焦硫酸钾及铝基体的加入量。氧化铝中杂质测定的行业标准方法［11］，采用硫酸溶液在240℃下消解6 h，由于硫酸对测定会有一定的基体抑制作用，因此测定时需保证硫酸浓度的一致性。氧化铝中微量元素含量测定的国家标准方法［12］，采用盐酸在密闭环境中恒温溶样，或者采用硫酸在高温高压下微波消解。本文采用盐酸密闭恒温溶样，样品及试剂消耗量小、操作简单、结果准确，测定范围0.1%—1.0%。

1.1 试料及试剂

试料为氧化铝铜合金，其中Al质量分数分别为0.23%、0.46%和0.50%，标记为1号试样、2号试样、3号试样。

实验试剂为盐酸（ρ=1.19 g·mL-1）、硝酸（ρ=1.42 g·mL-1）、氢氟酸，均为分析纯，所有试剂均为广州试剂厂生产。标准铝贮存溶液（100.0 μg·mL-1），钢研纳克检测技术股份有限公司生产。

1.2 试样制备

称取试料0.1 g（精确至0.000 1 g），将其置于100 mL的聚四氟乙烯罐中，再加入10 mL（1+1）的盐酸，盖上盖子后装入反应釜中，将反应釜放入烘箱中，在190℃下加热5 h，冷却后取出，移入100 mL的容量瓶中稀释至刻度，混匀。

1.3 仪器

实验仪器主要有法国JY公司的Ultima-2型ICP-AES光谱仪，烘箱（温度300±10℃），聚四氟乙烯密闭溶样器（高压釜）。

1.4 校准曲线的绘制

分别移取0、1.00、2.00、5.00和10.00 mL的铝标准溶液于一组100 mL容量瓶中，均加入10 mL（1+1）盐酸，再用水稀释至刻度并混匀。采用ICPAES法测量标准系列溶液中各元素的发射强度。然后，分别以被测元素的质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制工作曲线。标准曲线的斜率均大于0.999 5，可满足测定的要求。

1.5 氧化铝结果的计算

将标准系列溶液的含量直接输入工作站软件中，根据标准系列溶液和分析试液的强度值，由工作软件计算、校正并输出分析试液中铝元素的浓度，通过 公 式计算出氧化铝的质量分数。式中w为氧化铝质量分数，%；
c为仪器计算的分析试液中铝元素的质量浓度，μg·mL-1；
V为测定溶液的体积，mL；
m为试样质量，g；
n为氧化铝与铝单质换算系数，n=1.890。

2.1 溶样方法的选择

氧化铝可在恒温密闭的稀盐酸介质中完全溶解，而铜易溶于硝酸，适量的氢氟酸可加速氧化铝的溶解。为选择溶样方法，对样品进行190℃下恒温密闭罐中溶解5 h的对照试验，其结果列于表1。由表1可知：硝酸的加入，对测定结果没有影响；
随着氢氟酸的加入，测定值略偏低，这是生成少量的氟化铝沉淀导致的。因此，选择盐酸（1+1）为消解酸。

表1 不同酸量的溶解情况Table 1 Dissolution in different acids

由于样品中氧化铝的含量较低，肉眼无法观察其是否消解完全，因此消解后的溶液均需进行铝含量的测定。选用1号样品、消解酸为盐酸（1+1），在不同温度及时间条件下进行消解试验，其结果列于表2。由表2可知，当时间为5 h时，在180和190℃下的样品均能完全溶解，而170℃条件下的样品不能完全溶解；
当时间低于4 h时，样品均不能完全溶解。因此，消解温度及时间分别选择190℃和5 h。

表2 不同温度和时间下的溶解情况Table 2 Sample dissolution at different temperatures and durations

2.2 分析谱线的选择

图1为铝标准溶液（10.0 μg·mL-1）和1号样品的ICP-AES图。从图1可见，标准溶液和样品溶液的峰型明显且无其它干扰峰出现。按照干扰少、灵敏高的原则，选择分析谱线的波长为396.152 nm。

图1 铝标准溶液（10.0 μg·mL-1）及1号样品的ICP-AES图Figure 1 Peak shape of 10.0 μg·mL-1 aluminum standard solution and sample 1#

2.3 铜基体的影响

按照试验方法，分别在含不同浓度的铜溶液中加入1.0 μg·mL-1的 铝 标 准 溶 液1和10.0 μg·mL-1的铝标准溶液2，测定结果列于表3。由表3可知，当铜溶液浓度不大于1.0 mg·mL-1时，铜基体对铝的测定结果没有影响。因此，不需要做基体匹配。

表3 铜基体的影响结果Table 3 Influence of the concentration of copper

2.4 方法检出限

按照实验方法，用空白溶液连续测定11次，其结果的10倍标准偏差所对应的浓度值即为检出限。本方法得到的检出限为0.001 μg·mL-1，表明该方法能够满足检测要求。

2.5 标准曲线

按照实验方法测定标准曲线，得到的r值为0.999 98，表明工作曲线的线性能可满足检测的需求。

2.6 加标回收实验

按照试验方法，对1号样品进行加标回收测定，试验结果列于表4。

表4 加标回收试验Table 4 Recovery tests

由表4可知，样品可以完全消解，加标回收率在96.9%—102.0%之间。表明，本方法准确度较高，能够满足检测需求。

2.7 精密度实验

按照实验方法对氧化铝铜样品分为3组进行全过程测定，每组平行测定7次。将测定结果与参考值进行对比，测量结果列于表5。由表5可知，相对标准偏差在0.35%—0.50%之间。表明，本方法精密度较高，能够满足检测需求。

表5 试样测定结果Table 5 Results of precision tests

用盐酸密闭恒温溶样，采用ICP-AES法测定氧化铝铜中的氧化铝含量。在盐酸（1+1）作为消解酸、消解温度190℃、时间5 h的条件下，在密闭恒温环境中氧化铝可以完全溶解，并且铜对铝的测定无基体影响。本方法的加标回收率在96.9%—102.0%之间，相对标准偏差在0.35%—0.50%之间。表明，该方法能够满足快速准确测定氧化铝铜中氧化铝含量的需求，适用于氧化铝含量为0.1%—1.0%的氧化铝铜的测定。