电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高温合金元素

1.光谱干扰研究试验溶液的配制

根据高温合金中各牌号的化学成分，配制了包括试剂空白溶液、基体元素溶液、共存元素溶液、分析元素溶液在内的光谱干扰研究单一试验溶液，各试验溶液的元素及其质量浓度见表2-1。

表2-1 光谱干扰试验溶液的元素及其质量浓度

（续）

2.各仪器光谱干扰试验及研究结果

（1）光谱干扰水平的计算和应用方法

1）干扰水平的计算。判断出某一干扰元素在分析谱线附近的光谱干扰情况后，根据谱图中显示的强度值可以计算出干扰水平。

根据谱线扫描图形中的X_I（λ_a）、X_W（Δλ_a）值，见示意图2-1，图中X_I（λ_a）、X_W（Δλ_a）和X_B分别为谱线重叠干扰、谱线背景和空白溶液产生的净强度值，可以计算得出Q_I（λ_a）、Q_W（Δλ_a）值

式中Q——代表Q_I（λ_a）和Q_W（Δλ_a），用来表征干扰元素产生的谱线重叠及背景对分析线的干扰情况，本书称为干扰水平，无量纲；

ρ_I——干扰元素溶液的质量浓度，单位为mg／mL；

ρ′——干扰元素由于谱线重叠干扰或谱线背景干扰在分析谱线处的表观浓度，单位为mg／

mL。

式中ρ_a——分析元素溶液的质量浓度；

X_a（λ_a）——分析元素溶液峰值净强度，指分析元素在分析线波长位置的强度减去纯水溶液在分析线波长附近产生的背景强度后的净强度值。

图2-1 X_I（λ_a）、X_W（Δλ_a）值示意图

因此，谱线重叠干扰水平Q_I（λ_a）用式（2-3）计算

背景干扰水平Q_W（Δλ_a）用式（2-4）计算

杂质的影响水平F_杂质与谱线重叠干扰水平Q_I（λ_a）计算方法类似，即

谱线重叠干扰和背景干扰经常同时存在，此时应注意区分背景干扰提供的强度值和谱线重叠干扰提供的强度值。

当单一干扰元素试验溶液中有杂质元素存在时，由于峰值强度中包含了存在的杂质元素的强度，真实谱线重叠干扰水平Q_I（λ_a）应用表观谱线重叠干扰水平减去杂质的影响水平F_杂质。

2）光谱干扰水平的应用方法。当分析元素的分析谱线受到样品中基体元素或共存元素的光谱干扰时，可以用光谱干扰水平（Q）和样品中干扰元素的含量（M）估计此分析线受干扰元素的干扰程度I，计算公式为

I＝QM （2-6）

式中，I的单位与M一致，可以是质量分数，也可以是样品溶液的质量浓度。

如：分析高温合金样品中的Al元素（Al的质量分数范围为0.50％～1.00％，共存元素Mo的含量约为10％）。当用Al进行测定时，由研究计算出的谱线重叠光谱干扰水平Q_I（λ_a）为0.018，因此，此高温合金样品中干扰元素Mo对Al 396.152nm的干扰程度I为

I＝QM＝0.018×10％＝0.18％(www.xing528.com)

可见，对含量范围在0.50％～1.00％的Al的测定有严重影响，因此不能使用Al 396.152nm谱线分析高温合金中含量范围在0.50％～1.00％的Al。

（2）HJY公司的ACTIVA型ICP－AES发射光谱仪上高温合金基体元素和共存元素对分析元素Al的光谱干扰 将表2-1中的单一元素光谱干扰试验溶液、试剂空白溶液在HJY公司ACTI-VA型ICP－AES发射光谱仪上Al五条分析谱线波长处进行图形扫描，积分时间1s，获得以分析波长为中心、波长范围为0.309nm的光谱扫描图形。将获得的光谱扫描图形进行适当叠加放大处理，进一步研究各基体元素和共存元素在分析谱线附近的光谱干扰情况。所研究的高温合金各牌号的基体元素、共存元素对分析元素Al的光谱干扰情况见表2-2。

表2-2 高温合金中基体元素、共存元素对Al元素的光谱干扰（HJY ACTIVA型仪器）

（续）

①B表示存在背景干扰，后面的数字为背景干扰水平Q_W（Δλ_a）。

②L表示存在谱线重叠干扰，（）前的数字为谱线重叠干扰水平Q_I（λ_a），（）内为干扰元素发射的干扰谱线，单位为nm。

根据表2-2的光谱干扰情况和干扰系数，以及高温合金中基体和共存元素的最大影响含量，用式（2-6）计算出分析谱线受到的最大干扰程度，见表2-3。

表2-3 高温合金中基体元素及其共存元素对Al元素的光谱干扰程度 （HJY ACTIVA型仪器）

（续）

①B表示存在背景干扰，后面的数字为分析谱线受到的最大背景干扰程度。

②L表示存在谱线重叠干扰，后面的数字为分析谱线受到的最大谱线重叠干扰程度。

（3）PE OPTIMA 3300型ICP－AES发射光谱仪上高温合金基体元素和共存元素对分析元素Al的光谱干扰 将表2-1中的单一元素光谱干扰试验溶液、试剂空白溶液在PE OPTIMA 3300型ICP－AES发射光谱仪Al四条分析谱线波长处进行图形扫描，积分方式自动1～5s，获得以分析波长为中心、波长范围为0.108nm的光谱扫描图形。将获得的光谱扫描图形进行适当叠加放大处理，进一步研究各基体元素和共存元素、试剂空白溶液在分析谱线附近的光谱干扰情况。所研究的高温合金各牌号的基体元素和共存元素对分析元素Al的光谱干扰情况见表2-4。

表2-4 高温合金中基体元素和共存元素对Al元素的光谱干扰（PE OPTIMA型仪器）

（续）

①当高温合金中共存元素Ce质量浓度在0.01mg／mL以下时对Al元素此分析谱线无光谱干扰，可以使用此分析谱线。

（4）Thermo IRIS IntrepidⅡ型ICP－AES发射光谱仪上高温合金基体元素和共存元素对分析元素Al的光谱干扰 将表2-1中的单一元素光谱干扰试验溶液、试剂空白溶液在Thermo IRIS IntrepidⅡ型ICP－AES发射光谱仪Al四条分析谱线波长处进行图形扫描，积分时间紫外区10s、可见光区5s，获得以分析波长为中心、波长范围为0.120nm的光谱扫描图形。将获得的光谱扫描图形进行适当叠加放大处理，进一步研究各基体元素和共存元素在分析谱线附近的光谱干扰情况。所研究的高温合金各牌号的基体元素和共存元素对分析元素Al的光谱干扰情况见表2-5。

表2-5 高温合金中基体元素和共存元素对Al元素的光谱干扰（Thermo IRIS型仪器）

①当高温合金中共存元素Ce质量浓度在0.01mg／mL以下时对Al元素此分析谱线无光谱干扰，可以使用此分析谱线。

（5）光谱干扰小结 将表2-2～表2-5中各型号仪器的光谱干扰情况进行总结，并结合高温合金中共存元素的最高含量，归纳出高温合金中Al元素各分析谱线的光谱干扰结论，结果见表2-6。

表2-6 各仪器对Al元素的光谱干扰研究小结

①当高温合金中共存元素Mo质量浓度在0.03mg／mL以下时对Al元素此分析谱线无光谱干扰，可以使用此分析谱线。

由表2-6可以看出，可采用Al 394.401nm和Al 237.312nm进行高温合金中Al的测量。由于Al 394.401nm相对Al 237.312nm更灵敏，稳定性更好，因此应采用Al 394.401nm作为镍基、铁镍基高温合金中Al元素的分析谱线。

HJY公司ULTIMAⅡC型ICP－AES发射光谱仪比HJY公司ACTIVA型ICP－AES发射光谱仪分辨能力更强，且与HJY公司ACTIVA型ICP－AES发射光谱仪相同，在160～450nm范围内分辨率一致，因此适用于HJY ACTIVA仪器的谱线均适用于HJY ULTIMAⅡC型仪器。