等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定鋼鐵樣品中微量稀土元素鑭和鈰

劉國(guó)軍 張文兵 吳志鴻 張建平

(內(nèi)蒙古北方重工業(yè)集團(tuán)有限公司，包頭 014033)

等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定鋼鐵樣品中微量稀土元素鑭和鈰

劉國(guó)軍 張文兵 吳志鴻 張建平

(內(nèi)蒙古北方重工業(yè)集團(tuán)有限公司，包頭 014033)

稀土元素被人們稱為鋼中的“維生素”，適量的稀土元素對(duì)鋼鐵材料的性質(zhì)起著重要的作用。用電感耦合等離子發(fā)射光譜法測(cè)定鋼鐵樣品中的微量稀土雜質(zhì)，研究了分析譜線的選擇方法、基體效應(yīng)的消除以及工作曲線的優(yōu)化，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.02%，加標(biāo)回收率為91%～94%。

稀土元素 分析譜線 干擾消除

在低合金鋼和高合金鋼中添加稀土元素，可生產(chǎn)出硫含量極低的鋼材，有效地控制夾雜物的形狀，使鋼各個(gè)方向的性能趨于均衡，能顯著地改善特厚鋼板厚度方向的塑性和韌性，提高鋼鐵的強(qiáng)度、耐磨性和抗氧化等性能［1］。我國(guó)稀土在鋼中的應(yīng)用開始于20世紀(jì)60年代初，主要利用其改善鋼的強(qiáng)度和耐磨性。

由于稀土元素的外層電子結(jié)構(gòu)大致相同，它們的物理化學(xué)性質(zhì)相似，很難用一般的化學(xué)分析方法進(jìn)行單一稀土元素的測(cè)定，而大多采用物理的分析方法或化學(xué)與物理相結(jié)合的方法。稀土元素的分析方法有質(zhì)量法、容量法、分光光度法、熒光光度法、質(zhì)譜分析法等［2］。鋼鐵樣品中稀土元素的含量很低，一般含量在μg/mL級(jí)。筆者選用靈敏度高、選擇性好的ICP等離子發(fā)射光譜法分析鋼鐵樣品中微量稀土元素鑭和鈰，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

單道掃描ICP等離子發(fā)射光譜儀：JY-ULTIMA2型，日本Horiba公司;

鹽酸溶液(1+1);

硝酸溶液(1+1);

過(guò)氧化氫：30% 。

1.2 儀器工作條件

工作線圈：內(nèi)循環(huán)水冷卻方式;最佳工作室溫度：(23±2)℃;炬管類型：三層同心石英管;入射功率：1 000 W;反射功率：＜1 W;等離子氣流量：12 L/min;護(hù)套氣流量：0.2 L/min;進(jìn)樣泵速：20 r/min;載氣壓力：0.6 MPa。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

1.3.1 鑭標(biāo)準(zhǔn)溶液

稱取0.117 g經(jīng)850℃灼燒1 h的氧化鑭(純度＞99.99%)，置于100 mL燒杯中，加入10 mL鹽酸溶液，低溫溶解后，取下冷卻，移入1000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液中鑭的含量為0.1 mg/mL。吸取10 mL此溶液再稀釋到1000 mL容量瓶中，此時(shí)溶液濃度為1 μg/mL，備用。

1.3.2 鈰標(biāo)準(zhǔn)溶液

稱取0.123 g經(jīng)850℃灼燒1 h的氧化鈰(純度＞99.99%)，置于100 mL燒杯中，加入10 mL硝酸溶液，加10 mL過(guò)氧化氫，低溫溶解，取下冷卻，移入1000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液中鈰的含量為0.1 mg/mL。吸取10 mL此溶液再稀釋到1000 mL容量瓶中，此時(shí)溶液濃度為1 μg/mL，備用。

1.3.3 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

采用標(biāo)準(zhǔn)加入法制備。

稱取0.2 g不含有稀土元素鑭和鈰的鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品(編號(hào)02-6)4份，分別加入15 mL硝酸溶液加熱溶解，冷卻。分別加入鑭標(biāo)準(zhǔn)溶液0、10、20、30 mL，對(duì)應(yīng)加入鈰標(biāo)準(zhǔn)溶液 0、5、10、20 mL，均稀釋并定容至100 mL容量瓶中，此組溶液含鑭含量分別為0、10、20、30 μg/mL;鈰含量分別為 0、5、10、20 μg/mL。

1.4 樣品處理方法

稱取0.2 g試樣于鋼鐵兩用瓶中，加入15 mL硝酸加熱溶解，若溶液不澄清則滴加幾滴鹽酸，溶解完全后取下，冷卻，稀釋至刻度，待測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析線的選擇

每種待測(cè)元素選擇2～3條認(rèn)為可信的靈敏線進(jìn)行“profiles譜線描跡”來(lái)選擇最佳波長(zhǎng)。選取線背比高、無(wú)明顯干擾的譜線作為分析線。

實(shí)驗(yàn)中選擇了譜線La 408.671 nm、La 384.901 nm、Ce 413.380 nm、Ce 418.660 nm、Ce 446.021 nm，將被測(cè)試樣和4種標(biāo)準(zhǔn)溶液分別進(jìn)行profiles譜線輪廓描跡，譜線Ce 418.660 nm和La 408.671 nm左右干擾較小，輪廓清楚，層次分明。選用這兩條譜線作為分析線。

2.2 分析參數(shù)設(shè)定

測(cè)量點(diǎn)和計(jì)算點(diǎn)選擇3個(gè)，入射狹縫20，出射狹縫15，分析方法采用最大值法。

2.3 方法優(yōu)化

對(duì)選定的分析譜線La 408.671 nm和Ce 418.660 nm進(jìn)行尋峰(由于試樣中的La、Ce含量很低，最好用純標(biāo)準(zhǔn)溶液)、衰減(電壓增益)、計(jì)算工作曲線，對(duì)電壓進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，得到線性較好的工作曲線，曲線回歸相關(guān)系數(shù) La：0.99999，Ce：0.9999。

2.4 基體的影響及消除

被測(cè)樣品為鋼鐵材料，選擇與待測(cè)樣品中各元素含量相似且不含待測(cè)元素的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)加入，并且使標(biāo)準(zhǔn)樣品和被測(cè)樣品同時(shí)溶解，保證基體和溶液的酸度相同，達(dá)到消除基體干擾、保證霧化效率一致的目的。

2.5 方法精密度

在相同條件下對(duì)同一樣品進(jìn)行6次平行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果列于表1。由表1可知，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.02%，證明該方法的測(cè)量精密度較好。

表1 平行測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果 %

2.6 回收試驗(yàn)

對(duì)鋼鐵材料樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，分析結(jié)果見表2。由表2可知，回收率為91%～94%。

表2 鋼鐵樣品中加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果 %

3 結(jié)論

采用分辨率較高的ICP光譜儀，從譜線選擇、分析參數(shù)確定、基體影響消除等多方面進(jìn)行試驗(yàn)，所建立的方法簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確、可靠，可用于鋼鐵材料中微量稀土元素鑭、鈰的測(cè)定。

［1］魏可媛.稀土元素在鋼中的作用及對(duì)鋼性能的影響［J］.中國(guó)集體經(jīng)濟(jì)，2011(22)：182-183.

［2］傅錦華，顧明通，常桂文.鋼鐵及其合金和鐵礦石中稀土分析方法進(jìn)展［J］.理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，1996，32(5)：45-46.

DETERMINATION OF TRACE RARE EARTH ELEMENTS IN STEEL SAMPLES OF LANTHANUM AND CERIUM BY PLASMA EMISSION SPECTROMETRIC METHOD

Liu Guojun，Zhang Wenbing，Wu Zhihong，Zhang Jianping
(Inner Mongolia North Heavy Industries Group Co.Ltd.，Baotou 014033，China)

Rare earth elements were called"vitamin"in the steel，an appropriate amount of rare earth elements played a very important role in various grades of steel material.Inductively coupled plasma emission spectrometry method was used for the determination of trace rare earth impurities in steel samples，the selection of the spectral lines method，matrix effect elimination and working curve optimization was studied.RSD of the determination results was 1.02%，and the recoveries by the standard addition method was 91%-94%.

rare earth element，analysis of spectral line，interference cancellation

2011-10-28