使用Avio Max 550 ICP-OES测定钛合金中的常量和微量元素

样品包括NIST 173c钛合金UNS R56400（美国马里兰州贝塞斯达美国国家标准技术研究所）和未知Ti64粉末。使用NIST 173c进行方法开发和准确度验证；认证值见表1。

表1.CRM 173c中的认证值

►根据ASTM E2371检测标准方法，大多数钛合金类型可溶解在两种酸混合物中：HF-HNO₃或HCI-HF-HNO₃，其中含Mo、Pd和Ru的合金尤其需要HCI。为了比较消解有效性，使用两种酸混合物消解样品：HF+ HNO₃（5:1）和HCI+HF+ HNO₃ （2:3:1）。

►称取约0.5 g Ti64合金样品，放入DigiTUBE^®消解管中，然后加入去离子水（DI）和酸，如表2所示。由于反应性强，所有酸都应滴加。然后，根据表3中的程序，在样品制备模块（珀金埃尔默，美国康涅狄格州谢尔顿）中缓慢加热DigiTUBE，直到样品完全溶解。样品溶液冷却至室温并在聚丙烯容量瓶中用去离子水稀释至100 mL 。

►另外，用HF和HNO₃消解1g纯Ti金属，并稀释至50 mL。该溶液含有2.0 g/L Ti，用于制备基质匹配的标准溶液。

表4.校准标准品中分析物的浓度范围

所有分析均使用Avio 550 Max全谱直读式ICP-OES（珀金埃尔默）执行，其具有独特的中阶梯光栅光学部件和分段阵列电荷耦合器件探测器（SCD）⁶，提供高速分析以及同时测量所有元素。该仪器的专有通用数据采集（UDA）⁷技术可以在单次运行中收集每个样品的所有光谱数据，可以灵活选择所有元素波长，简化了方法开发。此外，Flat Plate^™等离子技术⁸与垂直炬管设计相结合，使Avio能够处理高基质样品而无需大量稀释。最后，但同样重要的是，仪器的双重观测方式⁹功能可以在一种方法中测量常量元素和微量元素，设置径向视图来测定常量元素，轴向视图因其高灵敏度而用于微量元素。

►使用耐HF的雾化器和雾化室。仪器的工作参数、波长、观测方式和背景校正列在表5和表6中。所有数据处理均使用于ICP的Syngistix^™软件完成。

分析金属样品时，通常采用较高稀释度来减少基质效应和光谱干扰。然而，稀释也降低了分析物浓度，这可能导致低浓度分析物测量更加困难。在这项工作中，钛合金样品稀释200倍，用于分析从ppm到百分之一浓度的所有元素。

►为了处理常量元素引起的光谱干扰，我们将Syngistix软件¹⁰中包含的多元光谱拟合（MSF）功能应用于Ru和Pd。图1显示了1 ppm Pd和Ru以及基质元素：4500 ppm Ti、200 ppm V和10 ppm Fe的叠加谱图。如图2所示，通过应用MSF，有效消除了光谱干扰，产生无干扰的光谱（粉色），从而可以在极低浓度水平（0.1 mg/L）下准确测量Pd和Ru。

经过良好校准，所有元素的回归系数均大于0.999。通过对4500 mg/L钛基质空白溶液的10份重复样本进行分析，测定了该方法的检出限（MDL）。图3显示了以3*MDL计算的样品报告限值（LOR）。LOR远低于ASTM E2371-13规定的下限，表明Avio 550 Max ICP-OES在准确分析钛合金样品方面具有出色灵敏度。

图3.测量（蓝色）和ASTM E2371-13中规定（橙色）的钛合金中分析物LOR（点击查看大图）

表7显示了两种酸混合物消解的未知Ti64样品的结果，表明两种制剂结果中所有元素一致性良好。

表7.两种不同消解方法获得的Ti64钛合金结果

LOD=检测限

图4.用HCI-HNO₃-HF（蓝色）和HNO₃-HF（橙色）消解的CRM 173c样品中认证元素的回收率（点击查看大图）

►由于没有NIST 173c中Co、Mn、Pd、Ru、Ta、Y和W的认证值，因此进行了加标回收率试验来验证这些元素方法。在消解后的CRM 173c样品溶液中加标0.1 mg/L，相当于固体中浓度为 0.002%。如图5所示，所有回收率均在90%至110%范围内，表明Avio 550 Max系统能够通过使用MSF校正光谱干扰来测量低水平元素。