CN113324979A - 一种铝铌合金的定量分析测定方法 - Google Patents

一种铝铌合金的定量分析测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一种铝铌合金的定量分析测定方法，包括如下步骤：配制待测试样溶液：将铝铌合金试样配制成待测试样溶液；其中，所述待测试样溶液中还含有铜内标元素；配制工作曲线系列溶液：配制待测元素的浓度呈梯度的工作曲线系列溶液；所述待测元素为铝元素、铌元素中的一种或两种；其中，所述工作曲线系列溶液中还含有铜内标元素；检测及分析步骤：利用电感耦合等离子体光谱仪对所述工作曲线系列溶液、待测试样溶液进行测定分析，计算出所述铝铌合金试样中的待测元素的含量。本发明主要用于提供一种操作简便、快速、准确可靠的铝铌合金的定量分析测定方法，从而满足生产企业及下游客户对大批量铝铌合金准确检测的需求。

Description

一种铝铌合金的定量分析测定方法
技术领域
本发明涉及一种分析化学理化检验技术领域，特别是涉及一种铝铌合金的定量分析测定方法。
背景技术
中间合金是一种重要的材料，与人们的生活息息相关，应用非常广泛。随着航天、建筑、汽车三大重要工业的发展，对铝中间合金需求量不断增加，特别是飞机、火车、船舶等制造工业用量的不断扩大；铝中间合金的生产规模和产量近年来得到迅猛发展。
铝铌中间合金是生产高性能钛合金的重要中间合金，其作用包括改善合金化条件、提高合金成分均匀度、克服偏析和不熔(难熔)金属夹杂以及减少金属烧损率。随着航空航天用等高端钛合金的发展，对钒铝、钼铝及铝铌中间合金的主元素波动范围提出了更为严苛的要求。铝和铌作为铝铌中间合金的主成分元素，是影响产品质量的重要控制指标。铝和铌的含量，是中间合金产品质量的关键，对推动钛合金生产规模化、简单化起到非常关键的作用。
对于金属材料中常量元素的分析，比较常见的手段有电感耦合等离子体光谱法(ICP)、X荧光光谱法(XRF)、经典容量法和重量法。
国家标准GB/T20975.37-2020《铝及铝合金化学分析方法》对于铝元素的测定并未列入其中，不能满足现阶段铝中间合金生产、应用及国内外贸易对于大批量快速检测的需求。
高含量铌元素(质量分数为15-90％)的检测通常是采用纸上色层分离重量法。化学分析中，普遍认为：经典重量法和容量法的精密度和准确性要优于现代仪器法。经典重量法和容量法具有分析准确度高、装置简单分离效果好以及分离条件温和等优点，然而缺点是操作繁琐，耗时长。
电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)是近年来快速发展的一种仪器分析方法，具有分析速度快、样品引入简单、分辨率高、谱线干扰小、可多元素同时测定、维护运行成本低等优点，是目前常量及微量元素成分分析较为先进的技术手段，一般检测上限为20％。ICP-AES检测最大的难点是：检测含量高的元素，存在数据稳定性差、偏差大的问题。
综上，目前为止尚没有制定同时检测铝铌中间合金中高含量铌元素及铝元素的行业标准或国家标准。因此，亟需一种操作简便、快速、分析结果准确可靠的铝铌合金中铌和铝元素的分析方法，以完善GB/T 20975-2008《铝及铝合金化学分析方法》技术方面不适应现状之处，从而满足生产企业及下游客户对大批量铝铌合金准确检测的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种铝铌合金的定量分析测定方法，主要目的在于能快速、准确可靠地分析出铝铌合金中的铌元素和铝元素的含量，且操作简便。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明的实施例提供一种铝铌合金的定量分析测定方法，其包括如下步骤：
配制待测试样溶液：将铝铌合金试样配制成待测试样溶液；其中，所述待测试样溶液中还含有铜内标元素；
配制工作曲线系列溶液：配制待测元素的浓度呈梯度的工作曲线系列溶液；所述待测元素为铝元素、铌元素中的一种或两种；其中，所述工作曲线系列溶液中还含有铜内标元素；
检测及分析步骤：利用电感耦合等离子体光谱仪对所述工作曲线系列溶液、待测试样溶液进行测定分析，计算出所述铝铌合金试样中的待测元素的含量。
优选的，所述配制待测试样溶液的步骤，包括：将铝铌合金试样、水、混合酸混合后，在设定温度下加热，使所述铝铌合金试样完全溶解，得到样品溶液；向所述样品溶液中加入铜内标标准溶液，定容至设定体积，得到待测试样溶液；优选的，向所述样品溶液中加入铜内标标准准溶液后，再向其中加入水定容至设定体积。
在所述样品溶液中：所述铝铌合金试样的质量为0.10±0.0001g、所述水的体积为8-20mL；所述混合酸的体积大于等于15mL，优选小于等于25mL；优选的，所述水选用去离子水；优选的，所述混合酸为盐酸、硝酸、氢氟酸混合成的混合酸；进一步优选的，在所述混合酸中：盐酸、硝酸、氢氟酸的体积比为(0.5-1.5)：(0.5-1.5)：(0.5-1.5)，优选为1∶1∶1；优选的，设定温度为60-80℃、所述加热的时间大于等于90分钟。
优选的，向所述样品溶液中加入铜内标标准准溶液后，再向其中加入水定容至设定体积。
优选的，根据电感耦合等离子体光谱仪对应的待测元素与铜内标元素的强度比值，来确定铜内标标准溶液(在此，根据仪器对应的待测元素与内标元素强度比值，加入接近待测元素强度值对应的铜内标标准溶液，不同仪器的强度比值不同，可灵活加入内标含量)；优选的，若所述电感耦合等离子发射光谱仪选用安捷伦Aglient5800型电感耦合等离子发射光谱仪，则铜内标标准溶液的用量满足使所述待测试样溶液中的铜内标元素的含量为30mg±0.1㎎。
优选的，在所述配制工作曲线系列溶液的步骤中：所述工作曲线系列溶液包括多个工作曲线溶液，且所述多个工作曲线溶液中的待测元素的浓度依次递增；其中，第一个工作曲线溶液中的每种待测元素的浓度为0.03-0.05mg/mL，优选为0.04mg/mL；优选的，后一个工作曲线溶液与前一个工作曲线溶液的每种待测元素浓度的差值为0.015-0.025mg/mL，优选为0.02mg/mL；优选的，所述工作曲线系列溶液包括6个工作曲线溶液。
优选的，每个所述工作曲线溶液中的铜内标元素的质量与所述待测试样溶液中的铜内标元素的质量相同。
优选的，每一所述工作曲线溶液是由待测元素标准溶液、铜内标标准溶液、混合酸、水配制而成；其中，所述工作曲线溶液的体积与所待测试样溶液的体积一致；所述工作曲线溶液中的混合酸的体积与所述待测试样溶液中的混合酸的体积相同；所述工作曲线溶液中的铜内标标准溶液的体积与所述待测试样溶液中的铜内标标准溶液的体积相同；所述待测元素的标准溶液包括铝标准溶液、铌标准溶液中的一种或两种；优选的，每一所述工作曲线溶液的配置步骤如下：将待测元素标准溶液、铜内标标准溶液、混合酸混合后，然后向其中加水定容至设定体积。
优选的，在所述检测及分析步骤中：
采用电感耦合等离子体光谱仪对所述工作曲线系列溶液进行检测，测定出待测元素、铜内标元素的强度，并以待测元素的质量浓度为横坐标、待测元素与内标元素的强度比值为纵坐标，绘制工作曲线；
采用电感耦合等离子体光谱仪对所述待测试样溶液进行检测，测定出铝铌合金试样中待测元素、内标元素的强度比值，通过工作曲线计算出待测试样溶液中待测元素的质量浓度，进而计算出铝铌合金试样中待测元素的质量分数。
优选的，根据以下公式计算出铝铌合金试样中待测元素的质量分数：
Figure BDA0003171786850000041
其中，ρ为待测试样溶液中待测元素的质量浓度，单位为μg/mL；
V为待测试样溶液的总体积，单位为mL；
m0为铝铌合金试样的质量，单位为g。
优选的，在所述检测及分析步骤中：
若待测元素为铌，则以Nb319.4nm为待测谱线、Cu327.3nm为内标谱线；
若待测元素为铝，则以Al394.4nm、Al396.1nm为待测谱线、Cu327.3nm为内标谱线。
与现有技术相比，本发明的铝铌合金的定量分析测定方法至少具有下列有益效果：
本发明提出的一种铝铌合金的定量分析测定方法，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)结合内标法(选择铜内标)来对铝铌合金进行定量分析测定，实现了快速、准确可靠地分析出铝铌合金中的铌元素和铝元素的含量，且操作简便。同时，本发明提出的铝铌合金的定量分析测定方法也是分析化学操作历史上少有的光谱法分析测试指标重复性以及准确性优于重量法的分析方法。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是氢氟酸的用量与铌元素发射强度的关系图；
图2是混酸(盐酸和硝酸的体积比为1∶1)的用量与铝元素发射强度的关系图；
图3是配制样品溶液时的溶样时间与铝铌合金试样中铝、铌元素发射强度关系图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
铝铌合金中铝和铌的含量均很高，而ICP-AES检测最大的难点就是检测含量高的元素时，存在数据稳定性差、偏差大的问题。本发明为了能将ICP-AES方法应用于铝铌合金的样品分析，先提出如下构思：将ICP-AES与内标法结合在一起，实现对高含量铌和铝元素的准确测定。内标法是指选用合适的内标有效补偿基体效应，在常量，微量，痕量及超痕量成分分析中应用广泛，同时监控和校正分析信号的短期和长期漂移，从而提高分析结果的检测上限以及准确度。
但是，本发明的发明人在提出上述构思的同时，发现存在一个技术难题是：内标的选择。若选用常规内标钇元素，由于钇会在氢氟酸的介质中形成沉淀，无法共存，而氢氟酸能溶解铌元素(混合酸中不加入氢氟酸的话，铌元素存在不稳定易析出的问题)。另外，选择其他内标元素的话(例如，铁内标元素等)，则存在测定结果稳定性差的技术问题。
基于上述问题，本发明的发明人经过了大量的研究提出：针对铝铌合金的ICP-AES方法检测，选择铜内标元素，能对高含量铌和铝元素进行准确测定，精密度高、稳定性优异。
本发明的方案具体如下：
配制待测试样溶液：将铝铌合金试样配制成待测试样溶液；其中，所述待测试样溶液中还含有铜内标元素。
该步骤具体为：将铝铌合金试样、去离子水、盐酸-硝酸-氢氟酸混合酸混合后，恒温加热，待试样溶解完全，冷却，得到样品溶液；然后向样品溶液中加入铜标准溶液，定容至设定体积，得到待测试样溶液。
较佳地，上述步骤的具体操作过程为：称取0.10g(精确至0.0001g)铝铌合金试样于150mL聚乙烯烧杯中，向其中加入8-20mL的去离子水，适量的盐酸-硝酸-氢氟酸混合酸(盐酸、硝酸、氢氟酸的体积比为1∶1∶1；混合酸的体积大于等于15mL，优选小于等于25mL)，然后置于恒温电热板上进行恒温加热(加热时间至少为90分钟)，待试样溶解完全得到样品溶液，冷却后将其移入250mL聚乙烯容量瓶中，向其中加入铜内标标准溶液，定容摇匀(用去离子水定容)，得到待测试样溶液。
配制工作曲线系列溶液：配制待测元素的浓度呈梯度的工作曲线系列溶液；所述待测元素为铝元素、铌元素中的一种或两种(可以仅测定其中一种元素，也可以同时测定两种元素；若同时测定两种元素时，在此的待测元素的浓度指的是每一种待测元素的浓度)；其中，所述工作曲线系列溶液中还含有铜内标元素。
该步骤具体为：工作曲线系列溶液包括多个工作曲线溶液，且所述多个工作曲线溶液中的待测元素的浓度依次递增；其中，第一个工作曲线溶液中的每种待测元素的浓度为0.03-0.05mg/mL，优选为0.04mg/mL；优选的，后一个工作曲线溶液与前一个工作曲线溶液的每种待测元素浓度的差值为0.015-0.025mg/mL，优选为0.02mg/mL；优选的，所述工作曲线系列溶液包括6个工作曲线溶液。
较佳地，每一工作曲线溶液的配置如下：将待测元素标准溶液、铜内标标准溶液、盐酸-硝酸-氢氟酸混合酸混合后，再向其中加水定容至设定体积，得到工作曲线溶液。在此，铜内标标准溶液的加入体积、混合酸的加入体积与待测试样溶液中的铜内标标准溶液、混合酸的用量一致；对于待测元素标准溶液的用量取决于所配制相应工作曲线溶液中待测元素的浓度。
若待测元素为铝、铌元素(即，同时测定出铝铌合金中的铝和铌两种元素的含量)，则工作曲线系列溶液的优选配置步骤如下：分别取1000μg/mL的Al标准溶液10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL依次加入1-6号250mL容量瓶中，取1000μg/mL的Nb标准溶液10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL依次加入1-6号250mL容量瓶中；然后，向1-6号容量瓶中分别加入铜内标标准溶液(与待测试样溶液配制时所加的铜内标标准溶液的体积一致)、盐酸-硝酸-氢氟酸混合酸(与待测试样溶液配制时所加的混合酸的体积一致)，用水稀释至定容刻度，混匀，得到工作曲线系列溶液；其中，Al、Nb质量浓度依次为0.04mg/mL、0.06mg/mL、0.08mg/mL、0.10mg/mL、0.12mg/mL、0.14mg/mL。
检测及分析步骤：利用电感耦合等离子体光谱仪对所述工作曲线系列溶液、待测试样溶液进行测定分析，计算出所述铝铌合金试样中的待测元素的含量。另外，在检测及分析步骤中，以Nb319.4nm为待测谱线、Cu327.3nm为内标谱线；Al394.4nm、Al396.1nm为待测谱线、Cu327.3nm为内标谱线，进行检测。
该步骤具体为：采用电感耦合等离子体光谱仪对所述工作曲线系列溶液进行检测，测定出待测元素、铜内标元素的强度，并以待测元素的质量浓度为横坐标、待测元素与内标元素的强度比值为纵坐标，绘制工作曲线；采用电感耦合等离子体光谱仪对所述待测试样溶液进行检测，测定出铝铌合金试样中待测元素、内标元素的强度比值，通过工作曲线计算出待测试样溶液中待测元素的质量浓度，进而计算出铝铌合金试样中待测元素的质量分数。
其中，根据以下公式计算出铝铌合金试样中待测元素的质量分数：
Figure BDA0003171786850000081
其中，ρ为待测试样溶液中待测元素的质量浓度，单位为μg/mL；
V为待测试样溶液的总体积，单位为mL；
m0为铝铌合金试样的质量，单位为g。
本发明提出的一种铝铌合金的定量分析测定方法，可以同时快速分析其主成分元素。本发明的方法充分参考了我国钒铝、钼铝中间合金生产企业和使用加工企业的生产工艺技术水平。根据实际需求提出了创新设计、并进行了大量相关实验，最终形成了本发明的方法。本方法操作简便、快速，分析结果准确、可靠，有利于生产采用统一的分析方法开展产品质量检验工作，有利于市场公平交易环境的形成，具有较大的社会效益。同时，本发明的方法也分析化学操作历史上少有的光谱法分析测试指标重复性以及准确性优于重量法。
下面通过具体实施例对本发明进一步详细说明如下：
铝铌合金试样通常采用盐酸、氢氟酸和硝酸的混合酸溶解，在混合酸介质中，选择合适的分析条件及分析谱线，用电感耦合等离子体原子发射光谱仪直接测定，按工作曲线法计算待测元素的质量浓度，以质量分数表示测定结果。通过观测基体对分析元素发射强度的干扰情况，分析干扰机制，从而确定用来校正基体干扰的内标元素与分析元素的匹配条件：(1)建立电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铝铌合金试样铌元素含量的分析方法；(2)铝铌合金试样的溶样方法，并针对不同的共存元素对铌量的测定进行干扰条件试验，对仪器工作状态及工作参数进行优化，确定方法检出限，考察方法的精密度。
实施例1、对比例1、对比例2对同一铝铌合金进行测定分析。
实施例1
本实施例主要是采用ICP-AES结合铜内标的方法对铝铌合金进行测定分析，具体步骤如下：
配制待测试样溶液：称取0.10g(精确至0.0001g)铝铌合金试样，并将该铝铌合金试样放入150mL的聚乙烯烧杯中，然后向其中加入10mL去离子水、20mL盐酸-硝酸-氢氟酸混合酸(其中，盐酸、硝酸、氢氟酸的体积比为1：1：1)，置于恒温电热板上恒温加热；其中，加热温度为70℃，加热90分钟后，铝铌合金试样溶解完全，冷却，得到样品溶液。
将样品溶液移入250mL聚乙烯容量瓶，然后向其中加入30mL的铜内标标准溶液(1000μg/mL)，用水定容，摇匀，得到待测试样溶液。
配制工作曲线系列溶液：分别取1000μg/mL的Al标准溶液10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL依次加入1-6号250mL聚乙烯容量瓶中，取1000μg/mL的Nb标准溶液10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL依次加入1-6号250mL聚乙烯容量瓶中；然后，向1-6号聚乙烯容量瓶中分别加入铜内标标准溶液(与待测试样溶液配制时所加的铜内标标准溶液的体积一致)、盐酸-硝酸-氢氟酸混合酸(与待测试样溶液配制时所加的混合酸的体积一致)，用水稀释至定容刻度，混匀，得到工作曲线系列溶液。其中，工作曲线系列溶液待测元素的质量浓度(Al、Nb质量浓度)依次为0.04mg/mL、0.06mg/mL、0.08mg/mL、0.10mg/mL、0.12mg/mL、0.14mg/mL。
检测及分析步骤：将工作曲线系列溶液依次于电感耦合等离子体光谱仪(安捷伦Aglient5800型(耐氢氟酸***))的进样***中，测定待测元素(铝、铌元素)和内标元素的强度，以待测质量元素的质量浓度为横坐标，待测元素与内标元素的强度比值为纵坐标，绘制工作曲线。将待测试样溶液于电感耦合等离子体光谱仪的进样***中测定样品中待测元素(铝、铌元素)与内标元素的强度的比值，通过工作曲线计算出待测试样溶液中待测元素的质量浓度，进而计算出铝铌合金试样中待测元素的质量分数。
另外，在上述检测及分析步骤中，以Nb319.4nm为待测谱线、Cu327.3nm为内标谱线；Al394.4nm、Al396.1nm为待测谱线、Cu327.3nm为内标谱线，进行检测(在此，分析谱线选择主要是选择干扰小、信背比高的谱线，由于加入内标的原因，还要选择与内标元素谱线相关性好的谱线)。
其中，根据以下公式计算出铝铌合金试样中待测元素的质量分数：
Figure BDA0003171786850000101
其中，ρ为待测试样溶液中待测元素的质量浓度，单位为μg/mL；
V为待测试样溶液的总体积，单位为mL；
m0为铝铌合金试样的质量，单位为g。
对比例1
对比例1直接采用ICP-AES法(无内标)对铝铌合金进行测定分析，主要包括如下步骤：
配制待测试样溶液：称取0.10g(精确至0.0001g)铝铌合金试样，并将该铝铌合金试样放入150mL的聚乙烯烧杯中，然后向其中加入10mL去离子水、20mL盐酸-硝酸-氢氟酸混合酸(其中，盐酸、硝酸、氢氟酸的体积比为1：1：1)，置于恒温电热板上恒温加热；其中，加热温度为70℃，加热90分钟后，铝铌合金试样溶解完全，冷却，得到样品溶液。将样品溶液移入250mL聚乙烯容量瓶，用水定容，摇匀，得到待测试样溶液。
配制工作曲线系列溶液：分别取1000μg/mL的Al标准溶液10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL依次加入1-6号250mL聚乙烯容量瓶中，取1000μg/mL的Nb标准溶液10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL依次加入1-6号250mL聚乙烯容量瓶中；然后，向1-6号聚乙烯容量瓶中分别加入盐酸-硝酸-氢氟酸混合酸(与待测试样溶液配制时所加的混合酸的体积一致)，用水稀释至定容刻度，混匀，得到工作曲线系列溶液。其中，工作曲线系列溶液待测元素的质量浓度(Al、Nb质量浓度)依次为0.04mg/mL、0.06mg/mL、0.08mg/mL、0.10mg/mL、0.12mg/mL、0.14mg/mL。
检测及分析步骤：将工作曲线系列溶液依次于电感耦合等离子体光谱仪(安捷伦Aglient5800型(耐氢氟酸***))的进样***中，测定待测元素(铝、铌元素)的强度，以待测质量元素的质量浓度为横坐标，待测元素的强度为纵坐标，绘制工作曲线。将待测试样溶液于电感耦合等离子体光谱仪的进样***中测定样品中待测元素(铝、铌元素)的强度，通过工作曲线计算出待测试样溶液中待测元素的质量浓度，进而计算出铝铌合金试样中待测元素的质量分数。
对比例2
对比例2采用ICP-AES与常规内标的方法对铝铌合金进行测定分析，主要包括如下步骤：
配制待测试样溶液：称取0.10g(精确至0.0001g)铝铌合金试样，并将该铝铌合金试样放入150mL的聚乙烯烧杯中，然后向其中加入10mL去离子水、20mL盐酸-硝酸-氢氟酸混合酸(其中，盐酸、硝酸、氢氟酸的体积比为1：1：1)，置于恒温电热板上恒温加热；其中，加热温度为70℃，加热90分钟后，铝铌合金试样溶解完全，冷却，得到样品溶液。
将样品溶液移入250mL聚乙烯容量瓶，然后向其中加入30mL铁内标标准溶液(1000μg/mL)，用水定容，摇匀，得到待测试样溶液。
配制工作曲线系列溶液：分别取1000μg/mL的Al标准溶液10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL依次加入1-6号250mL聚乙烯容量瓶中，取1000μg/mL的Nb标准溶液10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL依次加入1-6号250mL聚乙烯容量瓶中；然后，向1-6号聚乙烯容量瓶中分别加入铁内标标准溶液(与待测试样溶液配制时所加的铁内标标准溶液的体积一致)、盐酸-硝酸-氢氟酸混合酸(与待测试样溶液配制时所加的混合酸的体积一致)，用水稀释至定容刻度，混匀，得到工作曲线系列溶液。其中，工作曲线系列溶液待测元素的质量浓度(Al、Nb质量浓度)依次为0.04mg/mL、0.06mg/mL、0.08mg/mL、0.10mg/mL、0.12mg/mL、0.14mg/mL。
检测及分析步骤：将工作曲线系列溶液依次于电感耦合等离子体光谱仪(安捷伦Aglient5800型(耐氢氟酸***))的进样***中，测定待测元素(铝、铌元素)和内标元素的强度，以待测质量元素的质量浓度为横坐标，待测元素与内标元素的强度比值为纵坐标，绘制工作曲线。将待测试样溶液于电感耦合等离子体光谱仪的进样***中测定样品中待测元素(铝、铌元素)与内标元素的强度的比值，通过工作曲线计算出待测试样溶液中待测元素的质量浓度，进而计算出铝铌合金试样中待测元素的质量分数。
另外，在上述检测及分析步骤中，以Nb319.4nm为待测谱线、Fe259.9nm为内标谱线；Al394.4nm、Al396.1nm为待测谱线、Fe259.9nm为内标谱线，进行检测(在此，分析谱线选择主要是选择干扰小、信背比高的谱线，由于加入内标的原因，还要选择与内标元素谱线相关性好的谱线)。
其中，实施例1、对比例1、对比例2的测定分析结果参见表1所示：
表1为内标对数据精密度的影响(n＝3)
Figure BDA0003171786850000121
铝铌合金中铝和铌的含量均很高，对于ICP-AES检测最大的难点就是测含量高的元素，存在数据稳定性差、偏差大的问题。因此。本发明实施例1采用加入内标法使待测元素与内标元素处于同波段谱线，检测同时曝光，利用待测元素与内标元素的强度比值校准检测时的强度值漂移。
从表1可以看出：加入铜内标元素后，测试结果稳定性明显优于对比例1的不加入内标的测试值，提高了数据的精密度。参见对比例2的数据，可以看出：选择铁内标元素，测试结果稳定性没有显著提高。
因此，本发明实施例选择铜内标元素可以提高ICP-AES对铝铌合金分析的准确性和稳定性。
实施例2
本实施例主要进行共存元素的干扰实验。
在铝铌合金中可能会含有共存元素铁、硅、钛、钒、钼、锆。若干扰线与分析线重合，导致数据校正错误，可用干扰系数法进行校正。干扰系数是指干扰元素所造成分析元素浓度的增加与干扰元素浓度的比值。进行了如下实验：测定1mg/L纯铝及纯铌标准溶液的发射强度In，1000mg/mL干扰元素在待测纯铝、纯铌及内标谱线的干扰强度Im，计算干扰系数公式见式(1)，校正公式见式(2)。CT为校正后的真实浓度，CS为待测元素分析受干扰时测得的浓度为表观浓度，CD为干扰元素的浓度。干扰系数结果见表2。
Figure BDA0003171786850000131
CT＝CS-KCD 式(2)
表2干扰系数测定实验结果
Figure BDA0003171786850000132
从表2可以看出：Mo、Zr对于Al396.1nm的分析谱线有干扰，需校准数据，其他元素对待测谱线及内标谱线测定结果无影响。
实施例3
按照实施例1实验方法进行实验，得到加入内标后的线性回归方程见表3。
表3为校准曲线
Figure BDA0003171786850000141
从表3可以看出：本发明实施例提出的铝铌合金的定量分析测定方法，稳定性优异，提高了标准曲线相关性。
实施例4
本实施例主要进行精密度、准确度及回收率实验。具体地，取一个实验样品按照上述实施例1的实验方法进行测定，结果见表4。结果表明，10次测定铝和铌的RSD均小于0.10，取得了较好的效果。对于测得数据准确度进行了样品回收率试验，见表5，数据回收率稳定在98％-102％之间，说明本发明实施例的方法可应用于铝铌中间合金的测定，结果准确。
表4精密度试验(n＝10)
Figure BDA0003171786850000142
表5回收率试验结果
Figure BDA0003171786850000143
实施例5
本实施例是针对实施例1的方案，研究混合酸的用量及铝铌合金试样的溶解时间对试验数据的影响：
(1)称取多个30mg纯铌物质于多个烧杯中，分别向其中加入氢氟酸，且氢氟酸的用量不同，以进行平行的比对，根据ICP-AES检测溶解铝铌合金试样中铌的发射强度，来判断试样的溶解程度；分析结果参见图1。
从图1可以看出：在氢氟酸的用量达到4mL后，随着氢氟酸的用量增加铌元素发射强度不发生变化，这说明在氢氟酸的用量达到4mL后，铌完全溶解，溶液清澈不浑浊。
(2)称取多个30mg纯Al物质于多个烧杯中，分别向其中加入体积比为1∶1的盐酸和硝酸的混酸，且混酸的用量不同，以进行平行的比对，根据ICP-AES检测溶解铝铌合金试样中Al的发射强度，来判断试样的溶解程度；分析结果参见图2。
从图2可以看出：在加入混酸达到4mL时，Al元素发射强度不发生变化，这说明在加入的混酸达到4mL后，铝完全溶解，溶液清澈不浑浊。
(3)分别称取多个30mg铝、铌纯物质至多个烧杯中(每个烧杯中放入30mg的铝、30mg的铌)，分别向其中加入15mL的氢氟酸-盐酸-硝酸混合酸,置于恒温电热板上(加热温度为70℃)，加热不同时间，进行平行试样的比对，根据ICP-AES检测溶解铝铌合金试样中Al的发射强度，来判断试样的溶解程度；分析结果参见图3。
从图3可以看出：溶样时间(加热时间)大于90分钟之后，Al元素、铌元素的发射强度恒定，则说明：在加入一致量(15mL)的氢氟酸-盐酸-硝酸的混合酸后，置于恒温电热板上，在70℃下加热90分钟后试样完全溶解，无不溶物无浑浊，稀释至250mL聚乙烯容量瓶中化学性质稳定，无析出。
综上，本发明将ICP-AES方法应用于铝铌合金的样品分析，选择铜内标元素，通过对高含量铌和铝元素的准确测定，对提高产品质量、促进我国铝合金材料的发展，将产生极其重要的影响。同时，本发明解决ICP-AES法同时分析铝中间合金中铌和铝元素的方法缺失问题，完善GB/T 20975-2008《铝及铝合金化学分析方法》技术方面不适应现状之处，满足生产企业及下游客户对大批量铝铌合金准确检测的需求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种铝铌合金的定量分析测定方法，其特征在于，其包括如下步骤：
配制待测试样溶液：将铝铌合金试样配制成待测试样溶液；其中，所述待测试样溶液中还含有铜内标元素；
配制工作曲线系列溶液：配制待测元素的浓度呈梯度的工作曲线系列溶液；所述待测元素为铝元素、铌元素中的一种或两种；其中，所述工作曲线系列溶液中还含有铜内标元素；
检测及分析步骤：利用电感耦合等离子体光谱仪对所述工作曲线系列溶液、待测试样溶液进行测定分析，计算出所述铝铌合金试样中的待测元素的含量。
2.根据权利要求1所述的铝铌合金的定量分析测定方法，其特征在于，所述配制待测试样溶液的步骤，包括：
将铝铌合金试样、水、混合酸混合后，在设定温度下加热，使所述铝铌合金试样完全溶解，得到样品溶液；
向所述样品溶液中加入铜内标标准溶液，定容至设定体积，得到待测试样溶液；优选的，向所述样品溶液中加入铜内标标准准溶液后，再向其中加入水定容至设定体积。
3.根据权利要求2所述的铝铌合金的定量分析测定方法，其特征在于，
在所述样品溶液中：所述铝铌合金试样的质量为0.10±0.0001g、所述水的体积为5-20mL；所述混合酸的体积大于等于15mL，优选小于等于25mL；
优选的，所述水选用去离子水；
优选的，所述混合酸为盐酸、硝酸、氢氟酸混合成的混合酸；进一步优选的，在所述混合酸中：盐酸、硝酸、氢氟酸的体积比为(0.5-1.5)∶(0.5-1.5)∶(0.5-1.5)，优选为1∶1∶1；
优选的，设定温度为60-80℃、所述加热的时间大于等于90分钟。
4.根据权利要求3所述的铝铌合金的定量分析测定方法，其特征在于，若所述电感耦合等离子发射光谱仪选用安捷伦Aglient5800型电感耦合等离子发射光谱仪，则铜内标标准溶液的用量满足使所述待测试样溶液中的铜内标元素的含量为30mg±0.1㎎。
5.根据权利要求1-4任一项所述的铝铌合金的定量分析测定方法，其特征在于，在所述配制工作曲线系列溶液的步骤中：
所述工作曲线系列溶液包括多个工作曲线溶液，且所述多个工作曲线溶液中的待测元素的浓度依次递增；其中，第一个工作曲线溶液中的每种待测元素的浓度为0.03-0.05mg/mL，优选为0.04mg/mL；优选的，后一个工作曲线溶液与前一个工作曲线溶液的每种待测元素浓度的差值为0.015-0.025mg/mL，优选为0.02mg/mL；
优选的，所述工作曲线系列溶液包括6个工作曲线溶液。
6.根据权利要求5所述的铝铌合金的定量分析测定方法，其特征在于，每个所述工作曲线溶液中的铜内标元素的质量与所述待测试样溶液中的铜内标元素的质量相同。
7.根据权利要求5所述的铝铌合金的定量分析测定方法，其特征在于，每一所述工作曲线溶液是由待测元素标准溶液、铜内标标准溶液、混合酸、水配制而成；
其中，所述工作曲线溶液的体积与所待测试样溶液的体积一致；
所述工作曲线溶液中的混合酸的体积与所述待测试样溶液中的混合酸的体积相同；
所述工作曲线溶液中的铜内标标准溶液的体积与所述待测试样溶液中的铜内标标准溶液的体积相同；
所述待测元素的标准溶液包括铝标准溶液、铌标准溶液中的一种或两种；
优选的，每一所述工作曲线溶液的配置步骤如下：将待测元素标准溶液、铜内标标准溶液、混合酸混合后，然后向其中加水定容至设定体积。
8.根据权利要求1-7任一项所述的铝铌合金的定量分析测定方法，其特征在于，在所述检测及分析步骤中：
采用电感耦合等离子体光谱仪对所述工作曲线系列溶液进行检测，测定出待测元素、铜内标元素的强度，并以待测元素的质量浓度为横坐标、待测元素与内标元素的强度比值为纵坐标，绘制工作曲线；
采用电感耦合等离子体光谱仪对所述待测试样溶液进行检测，测定出铝铌合金试样中待测元素、内标元素的强度比值，通过工作曲线计算出待测试样溶液中待测元素的质量浓度，进而计算出铝铌合金试样中待测元素的质量分数。
9.根据权利要求8所述的铝铌合金的定量分析测定方法，其特征在于，根据以下公式计算出铝铌合金试样中待测元素的质量分数：
Figure FDA0003171786840000031
其中，ρ为待测试样溶液中待测元素的质量浓度，单位为μg/mL；
V为待测试样溶液的总体积，单位为mL；
m0为铝铌合金试样的质量，单位为g。
10.根据权利要求8所述的铝铌合金的定量分析测定方法，其特征在于，在所述检测及分析步骤中：
若待测元素为铌，则以Nb319.4nm为待测谱线、Cu327.3nm为内标谱线；
若待测元素为铝，则以Al394.4nm、Al396.1nm为待测谱线、Cu327.3nm为内标谱线。
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