電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定高碳鉻鐵中Al和Ti

周垣 楊覦 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津 300301)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定高碳鉻鐵中Al和Ti

周垣 楊覦 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津 300301)

介紹了采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定高碳鉻鐵中Al和Ti的試驗(yàn)方法。采用過氧化鈉在鎳坩堝中熔融樣品，水浸取后加入硝酸至溶液澄清，定容。用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜測(cè)定溶液中Al和Ti的發(fā)射光譜強(qiáng)度。以重鉻酸鉀和鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行基體匹配，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)校準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中Al、Ti的含量。采用該方法測(cè)量高碳鉻鐵中的Al、Ti元素，準(zhǔn)確度、精密度能夠滿足生產(chǎn)檢驗(yàn)要求。

光譜 高碳鉻鐵 鋁 鈦 試驗(yàn) 測(cè)定

1 前言

天津鋼鐵集團(tuán)有限公司轉(zhuǎn)爐冶煉GCr15軸承鋼等高性能鋼材時(shí)需要使用高碳鉻鐵作為合金添加劑，為防止高碳鉻鐵中的Al、Ti隨鐵合金進(jìn)入鋼液影響鋼材性能，需要嚴(yán)格控制高碳鉻鐵中的Al、Ti含量，因而需要實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)高碳鉻鐵中的Al、Ti元素含量。目前國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分析方法沒有高碳鉻鐵Al、Ti元素的分析方法。我們選用過氧化鈉在鎳坩堝中熔融試樣，硝酸酸化，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀測(cè)定高碳鉻鐵中的Al、Ti元素含量，本方法操作簡(jiǎn)便，分析速度快，分析精密度、準(zhǔn)確度能夠滿足生產(chǎn)檢驗(yàn)的要求。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要儀器及工作條件

ULTIMA-2型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（法國(guó)JY HORIBA公司)。

工作條件：進(jìn)樣時(shí)間60 s;工作功率：1 000 W;護(hù)套氣：12 L/min;載氣：0.4 L/min。

2.2 試劑

（1) 過氧化鈉、硝酸、鹽酸、硫酸，純度均為分析純，水為去離子水。

（2) 重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（3.5 mg/mL) 稱取100℃干燥后的優(yōu)級(jí)純重鉻酸鉀3.500 0 g于500 mL燒杯中，加入300 mL蒸餾水，充分溶解后移入1 000 mL容量瓶中定容。

（3) 鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.4 mg/mL) 稱取0.400 0 g高純鐵于200 mL燒杯中，加入30 mL鹽酸（1+1)低溫加熱反應(yīng)至樣品溶解，冷卻后移入1 000 mL容量瓶定容。

（4) 氯化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（1.719 2 mg/mL) 稱取1.719 2 g高純氯化鉀于500 mL燒杯中，加入300 mL蒸餾水，充分溶解后移入1 000 mL容量瓶中定容。（5) 鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液（20 ug/mL) 稱取1.000 0 g高純鋁于200 mL燒杯中，加入30 mL鹽酸（1+1)低溫加熱反應(yīng)至樣品溶解，冷卻后移入1 000 mL容量瓶?jī)?nèi)定容，鋁標(biāo)液濃度為1 mg/mL。移取20 mL的鋁標(biāo)液（1 mg/mL)至1 000 mL容量瓶中定容，得到20 ug/mL的鋁標(biāo)液。

（6) 鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液（20 ug/mL) 稱取1.000 0 g鈦粉（高純?cè)噭?于400 mL聚四氟乙烯燒杯中，加5 mL氫氟酸，立即滴加2 mL硝酸，加熱溶解，冷卻后加入20 mL硫酸低溫蒸發(fā)至冒硫酸煙，冷卻至室溫。移入1000 mL容量瓶中，用硫酸（5+95)定容。移取20 mL鈦標(biāo)液（1 mg/mL)至1 000 mL容量瓶中，用硫酸（5+95)定容，得到20 ug/mL的鈦標(biāo)液。

2.3 試驗(yàn)方法

試樣經(jīng)研磨至全部通過160目篩孔，至105℃干燥箱干燥2 h，放在干燥器中冷卻至室溫。

稱取0.200 0 g樣品于已加入2.000 0 g過氧化鈉的鎳坩堝中混勻，放入750℃的馬弗爐中熔融10 min，其間將鎳坩堝取出搖動(dòng)2次。將鎳坩堝放入已加入100 mL熱水的500 mL燒杯中，浸取并緩慢加入30 mL（1+1)硝酸，洗凈并取出鎳坩堝。將燒杯放在高溫爐盤上加熱至溶液澄清，冷卻后定溶到250 mL容量瓶中。

移取50 mL溶液到100 mL容量瓶中，加入20 mL KCl溶液（1.7192 mg/mL)，定容至刻度。把制備好試樣溶液引入儀器，在選定的工作條件下測(cè)量發(fā)射光譜強(qiáng)度，按照建立的校準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品溶液中Al、Ti的含量。

2.4 制備工作曲線

按樣品處理方法制備一個(gè)空白溶液（只加熔劑不加樣品)。分取5份50 mL空白溶液到100 mL容量瓶中，分別加入20 mL重鉻酸鉀溶液（3.5 mg/mL)、10 mL 鐵標(biāo)液 （0.4 mg/mL)，加入 0 mL、1 mL、2 mL、4 mL、6 mL濃度為20 ug/mL的Al、Ti標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容、混勻。

把制備好系列標(biāo)準(zhǔn)溶液引入儀器，測(cè)量各溶液的發(fā)射光譜強(qiáng)度，根據(jù)溶液中Al、Ti元素含量的標(biāo)準(zhǔn)值和光譜強(qiáng)度，建立工作曲線。

3 結(jié)果與討論

3.1 樣品制備條件

傳統(tǒng)濕法化學(xué)采用0.100 0～0.250 0 g樣品加入5～8 g的過氧化鈉高溫熔融。如果本方法采用傳統(tǒng)濕法化學(xué)中樣品與熔劑的質(zhì)量比例，制備出的溶液中Na元素的濃度為0.94 mg/mL，鹽類較多并不適用于ICP光譜分析。為了降低溶液鹽類過高對(duì)霧化效果的影響，應(yīng)盡量減少過氧化鈉的使用量。本次實(shí)驗(yàn)選用2 g過氧化鈉高溫熔融樣品，降低過氧化鈉用量后仍然可以使樣品完全溶解,而且過氧化鈉的量為傳統(tǒng)濕法化學(xué)分析方法中過氧化鈉最小用量的40%，分析方法的檢出限和檢測(cè)下限有較大提高。

本方法采用鎳坩堝堿熔融樣品，在高溫熔樣過程中不可避免地引入了Ti元素及鎳坩堝中含有的少量雜質(zhì)元素。為了避免制樣過程對(duì)分析結(jié)果準(zhǔn)確度和精密度的影響，應(yīng)注意以下2個(gè)方面：

（1) 保持熔樣溫度和熔融時(shí)間穩(wěn)定;

（2) 注意選用的鎳坩堝的Al、Ti的含量，如果鎳坩堝的Al、Ti含量過高會(huì)影響樣品的分析結(jié)果。

3.2 光譜儀工作條件的選擇

3.2.1 譜線的選擇

本實(shí)驗(yàn)選用 Al：309.271 nm，Ti：334.941 nm 作為分析譜線[1]。Al線附近沒有 Cr、Ni、Na、K、Ti、Fe等有可能對(duì)分析過程造成譜線重疊影響的元素，Ti線附近有一條Cr線（334.907 nm)，這條譜線是Cr的低靈敏線而且與Ti線相距0.034 nm，ICP-AES的靈敏度較高，通過扣除背景就可以保證其測(cè)量強(qiáng)度不受影響。

3.2.2 發(fā)生器功率、氣體流量、沖洗及進(jìn)樣時(shí)間的選擇[2]

ULTIMA 2型光譜儀在分析常規(guī)樣品時(shí)的測(cè)量參數(shù)為：發(fā)生器功率 1 000 W;護(hù)套氣流速 12 L/min;載氣流速0.2 L/min;沖洗時(shí)間20 s;進(jìn)樣穩(wěn)定時(shí)間20 s。考慮到堿熔熔樣品后溶液鹽類較高的情況，應(yīng)對(duì)以上測(cè)量參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使分析方法的精密度和準(zhǔn)確度能夠滿足生產(chǎn)檢驗(yàn)要求。

提高發(fā)生器功率會(huì)使光譜背景強(qiáng)度也隨之提高，并不能提高分析方法的精密度，所以不做調(diào)整。護(hù)套氣的主要作用是冷卻炬管和維持等離子體穩(wěn)定性，選擇流量為12 L/min能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求。0.2 L/min的載氣流速適用于低鹽類溶液的分析，應(yīng)適當(dāng)提高載氣流速來增加試樣提升量，本次實(shí)驗(yàn)調(diào)整為0.4 L/min。鹽類較高的溶液通常都伴隨著霧化器記憶效應(yīng)的增強(qiáng)，低鹽類溶液使用的進(jìn)樣時(shí)間（沖洗時(shí)間+進(jìn)樣穩(wěn)定時(shí)間)較短，本次實(shí)驗(yàn)的樣品溶液進(jìn)樣時(shí)間調(diào)整為沖洗時(shí)間為20 s，進(jìn)樣穩(wěn)定時(shí)間為40 s。

3.3 精密度試驗(yàn)與檢測(cè)下限的確定

分別對(duì)2個(gè)樣品進(jìn)行7次測(cè)定，統(tǒng)計(jì)其標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果匯于表1。從表1的結(jié)果可以看出，Al的最大相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.13%，Ti的最大相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.84%，本方法具有較好的精密度。

表1 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果 /%

測(cè)定11個(gè)空白試液，以其測(cè)定值標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍計(jì)算檢出限，結(jié)果見表2。

表2 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.4 加標(biāo)回收率

目前市場(chǎng)上銷售的國(guó)產(chǎn)高碳鉻鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品中不包含Al、Ti元素的標(biāo)準(zhǔn)值，本實(shí)驗(yàn)采用加標(biāo)回收率的方法驗(yàn)證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，每個(gè)樣品都加入3種濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，驗(yàn)證結(jié)果見表3。所有驗(yàn)證試驗(yàn)的回收率都在95%-105%之間，準(zhǔn)確性能夠滿足檢驗(yàn)要求。

4 結(jié)論

表3 回收率試驗(yàn)結(jié)果

采用過氧化鈉在鎳坩堝中熔融樣品，水浸取后加入硝酸酸化，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法檢測(cè)高碳鉻鐵中Al、Ti的含量，準(zhǔn)確度、精密度能夠滿足生產(chǎn)檢驗(yàn)要求。

[1]曹宏燕.冶金材料分析技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008：461～462．

[2]辛仁軒.等離子體發(fā)射光譜分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：135～148．

Measurement and Determination of Al and Ti in High Carbon Ferrochromium by ICP-AES Method

Zhou Huan,Yang Yu

The paper introduces the test method for measuring Al and Ti in high carbon ferrochromium with ICP-AES.The sample is smelted in nickel crucible with sodium peroxide and extracted with water,and then nitric acid is added to make the solution clear.The spectrum intensity of Al and Ti in the solution is measured and determined by ICP-AES.Potassium dichromate and iron standard solution are utilized for matrix matching and standard curve is established.Al and Ti contents in the sample are calculated as per calibrated curve.This method of measuring Al and Ti elements in high carbon ferrochromium gives accuracy and precision high enough to meet the demand of production inspection.

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（收稿 2011-07-13 責(zé)編 趙實(shí)鳴)

周垣，工程師，現(xiàn)于天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心從事理化性能檢測(cè)工作。