学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

镁及镁合金中多元素ICP-AES分析方法研究

作　者: 梅坛
导　师: 鄢国强；陶美娟
学　校: 机械科学研究总院
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 电感耦合等离子体原子发射光谱镁及镁合金多元素同时测定分析线光谱干扰及校正不确定度评定
分类号: TG115.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 297次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

镁合金是工业应用中最轻的金属结构材料和特殊用途的功能材料,被广泛应用于汽车、电子、通讯等行业。现行国家标准主要采用光度法、原子吸收光谱法、重量法及容量法等测定镁及镁合金,汽车和先进制造业的发展对镁及镁合金成分分析方法提出了新的需求。电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法具有检出限低,精确度好,基体干扰小,线性范围宽且可进行多元素同时测定等优点,具有化学分析法无可比拟的优越性。已有文献报道过采用ICP-AES法测定镁合金,但对镁及镁合金中多元素同时测定的ICP-AES分析方法的系统性和标准化研究工作还比较薄弱。本论文研究采用ICP-AES法同时测定镁及镁合金中17种元素铝、锌、锰、硅、铁、铜、镍、铍、锆、钛、铅、银、钙、钇、镧、铈、钕。通过优化仪器工作参数,选择适宜的分析线,合理的扣除光谱背景,并对光谱干扰进行校正等措施,建立了化学成分高至常量组分、低至痕量组分及新型镁合金中元素含量的检测方法。对所建立多元素ICP-AES分析方法,用标准物质和人工合成标准样品验证了方法的正确性,并对各元素测定结果进行不确定度评定。为建立ICP-AES法同时测定镁合金中多元素的方法标准提供了技术和实验依据。论文第1章简要介绍了研究的背景、内容及意义。综述了本论文所涉及的研究领域的相关背景知识,详细阐述了ICP-AES法的理论基础及分析性能,着重介绍了ICP-AES分析中的干扰与校正研究进展及应用现状,并对目前ICP-AES法分析镁及镁合金存在的问题进行了概述。论文第2章介绍了本工作所用仪器、试剂及标准溶液的制备方法,给出了本文所涉及的元素及谱线的检出限文献值。论文第3章考察了高频功率、载气流量和观测高度对不同元素及分析线的影响,系统研究了仪器工作参数对分析信号、光谱背景、激发温度、基体效应等的影响规律,并对其产生的原因进行了初步探讨。高频功率不仅影响分析线发射强度,而且影响背景发射。增大高频功率提高了ICP温度,使谱线发射强度增强,增大高频功率提高了ICP温度,使谱线发射强度增强,但同时背景显著增大,因此通常信背比随功率增大而下降。另一方面,采用低功率会导致明显的基体效应,大的功率可以减轻基体影响,但信背比和检出限受损,同时增加了烧蚀炬管的危险。载气流量影响等离子体中心通道温度、电子密度及分析物在等离子体中心通道的停留时间,同时载气流量也会影响试液提升率及雾化效率,多种因素的综合作用使载气流量影响的曲线呈多种形状。实验证实了分析线强度最大在仪器设定的折衷观测高度15mm附近,可以满足多元素同时测定的要求。综合高频功率、载气流量和观测高度的不同影响,若同时需要有高的检出能力和低的干扰水平,则三者可采用的数值范围很小。偏离最佳工作条件时,功率较高则检出限变差;载气较大或观测高度较高则干扰趋重,观测高度较低则检出限、干扰水平都变坏;载气过小会限制气溶胶的产生。以最佳信背比和低的干扰水平为优化目标,确定了各元素最佳分析条件,功率1150W,载气流量0.75L/min,观测高度15mm作为多元素同时分析的折衷分析条件。论文第4章研究了分析线选择和光谱干扰校正方法。镁合金种类众多,部分合金含有显著量的多谱线元素锆、锰和稀土等,它们对分析线的光谱干扰尚未见报道。通过对Boumans编制的LCT表和winge,Fassel编制的光谱表等专业工具书中关于镁合金分析的光谱干扰资料进行综述和实验验证的基础上,给出了镁合金中常见17种元素72条常用分析线的干扰情况,并列出了部分元素谱线的干扰扫描轮廓图,首次确定了适用于ICP-AES法同时测定镁及镁合金中多元素的分析线。对于无法排除干扰的分析线,研究了应用干扰系数校正法扣除干扰,试验计算给出了多条受干扰谱线的干扰校正系数和背景等效浓度值。通过对模拟镁合金的分析,验证了适用性。结果表明,不受光谱干扰的分析线均可以较好的满足分析模拟镁合金样品中高低含量组分的需要,相对误差在5%以内;部分受严重光谱干扰的谱线分析结果误差较大,甚至在分析低含量组分时造成该分析线不可用;应用干扰系数校正受光谱干扰的分析结果,表明在测定高含量组分时校正准确度较好,而在测定低含量组分时尚有一定的误差,故在实际样品分析中特别是测定低含量组分时,应尽可能选择不受干扰或受干扰较轻的谱线作分析线并对光谱干扰进行适当校正。论文第5章在综合了工作参数试验和谱线选择试验的基础上,建立了镁及镁合金中多元素ICP-AES分析方法。根据分析线灵敏度和试料溶液总盐度,确定了合适的称样量和稀释体积;通过不同酸溶解样品对元素测定结果和分析线信号的影响,确定了硝酸(1+3)作为适合的溶样酸,并控制试料溶液的酸度在2%～7%,当样品存在一定量硅和锆并需要测定时,辅以适当量氢氟酸;考察各元素分析线在不同浓度镁基体时的检出限,并综合GB/T 13748镁及镁合金中化学成分分析方法中各元素的测定上限和镁合金常见牌号中各元素含量上限,确定了本方法的理论和实际工作范围,给出了适宜分析不同含量范围元素的三条工作曲线系列溶液的制备方法。论文第6章分析了镁合金标准样品、模拟镁合金样品、不同牌号的镁合金及纯镁实际样品,对所建立的镁及镁合金中多元素ICP-AES分析方法进行了验证,本方法可以较好的满足分析各类镁合金的需要,方法简便快速,分析结果准确可靠。比照参考方法和对照有证标准物质进行精密度和偏差测量,结果未发现方法存在显著性差异,且各元素测定偏差小于单次测量结果的标准差。对方法回收率进行评估,结果表明,各元素回收率在85%～115%之间。另外还对部分元素分析结果的不确定度进行了评定,并对评定结果进行分析。

全文目录

摘要  4-7
ABSTRACT  7-10
插图清单  10-11
表格清单  11-14
第1章绪论  14-33
  1.1 研究背景  14-15
  1.2 ICP-AES分析技术发展及应用  15-16
  1.3 ICP-AES理论基础  16-21
    1.3.1 电感耦合等离子体的物理特性  16-18
    1.3.2 ICP光源的激发电离机理  18-19
    1.3.3 光谱分析原理  19-21
  1.4 ICP-AES分析性能  21-22
  1.5 ICP-AES分析中的干扰与校正研究  22-30
    1.5.1 非光谱干扰及校正技术  23-24
    1.5.2 光谱干扰及校正技术  24-29
    1.5.3 光谱干扰校正技术的应用  29
    1.5.4 文献小结  29-30
  1.6 ICP-AES法在镁及镁合金分析中的应用  30-31
  1.7 研究内容及意义  31-33
第2章仪器及试剂  33-36
  2.1 仪器  33
  2.2 试剂及标准溶液  33-35
  2.3 元素及分析线  35-36
第3章仪器工作参数的影响研究  36-46
  3.1 实验部分  36-37
    3.1.1 仪器及标准溶液  36
    3.1.2 实验方法  36-37
  3.2 实验结果与讨论  37-45
    3.2.1 高频功率、载气流量和观测高度对分析信号和光谱背景的影响  37-40
    3.2.2 高频功率、载气流量和观测高度对激发温度的影响  40-42
    3.2.3 高频功率、载气流量和观测高度对基体效应的影响  42-45
  3.3 小结  45-46
第4章分析线选择与光谱干扰研究  46-74
  4.1 谱线表资料综述  46-48
  4.2 实验选择分析线  48-67
    4.2.1 仪器及工作参数  49
    4.2.2 主要试剂与标准溶液  49
    4.2.3 实验方法  49
    4.2.4 实验结果与讨论  49-67
  4.3 光谱干扰的校正——校正系数法  67-72
    4.3.1 干扰系数的计算  67-68
    4.3.2 检出限和背景等效浓度  68-70
    4.3.3 校正系数法应用实例  70-72
  4.4 小结  72-74
第5章镁及镁合金中多元素ICP—AES分析方法的建立  74-84
  5.1 仪器及分析线  74-75
  5.2 试料溶液的制备  75-78
    5.2.1 制样原则  75-76
    5.2.2 不同酸溶解样品的比较与选择  76-78
    5.2.3 溶液酸度的控制  78
    5.2.4 小结  78
  5.3 方法工作范围的确定  78-80
  5.4 校准曲线系列溶液的配制  80-83
    5.4.1 校准曲线标准溶液系列一  81
    5.4.2 校准曲线标准溶液系列二  81-82
    5.4.3 校准曲线标准溶液系列三  82-83
  5.5 光谱测量与计算  83-84
第6章镁及镁合金样品分析及方法确认  84-102
  6.1 比照参考方法进行精密度和平均值测量  84-87
    6.1.1 实验部分  84
    6.1.2 结果与讨论  84-87
  6.2 对照有证标准物质进行精密度和偏差测量  87-90
    6.2.1 实验部分  87
    6.2.2 结果与讨论  87-90
  6.3 方法回收率评估  90-91
  6.4 镁及镁合金样品分析  91-94
    6.4.1 纯镁分析  91
    6.4.2 稀土镁合金分析  91-93
    6.4.3 模拟镁合金样品分析  93-94
  6.5 分析结果不确定度的评定  94-95
  6.6 不确定度的评定——以测定Cu含量为例  95-100
    6.6.1 分析方法  95-96
    6.6.2 被测量w_(cn)与输入量的函数关系(数学模型)  96
    6.6.3 不确定度来源分析  96
    6.6.4 不确定度分量的评定  96-100
    6.6.5 合成标准不确定度评定  100
    6.6.6 扩展不确定度评定  100
    6.6.7 测量结果的表示  100
  6.7 测量结果不确定度评定的分析  100-102
结论  102-103
参考文献  103-107
致谢  107-108
附录  108-110

镁及镁合金中多元素ICP-AES分析方法研究

内容摘要

全文目录

相似论文