ICP-AES法測定不銹鋼中鉻的精密度研究

胡建春

(山西太鋼不銹鋼股份公司技術中心，山西 太原 030003)

引 言

鉻是不銹鋼中的主要元素之一，它在不銹鋼中的質量分數一般為8.0% ～30.0%。目前，測定不銹鋼中鉻含量使用硫酸銨氧化容量法，此法的準確度較高，但存在操作繁瑣、周期較長的缺點。電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)因其具有快速簡便測定多元素等優(yōu)點而被廣泛應用于不銹鋼中諸多元素的分析。但據相關資料報道，電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定鉻的相對標準偏差RSD≤1.50%［1］，達不到儀器所要求的精密度(RSD≤0.5%)，不能滿足生產需要。針對不銹鋼中鉻的測定精密度不穩(wěn)定現象，采用排除法，在同一溶液中用ICP-AES法分別測定不同價態(tài)鉻離子在不同酸溶液和不同基體溶液中的精密度。所測結果表明，導致不銹鋼中鉻精密度較差的主要原因不是由鉻離子的存在形式、溶液酸度和黏度以及操作誤差引起的，而是由儀器自身的波動帶來的。加入內標鈧元素后，不銹鋼中鉻元素測定的精密度提高到(RSD≤0.50%)。同時，不銹鋼中鉻元素測定的準確度也得到提高。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及試劑

Optim 5 300 V型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國Perkin Elmet公司。

鉻(Cr3+)標準溶液，0.002 g/mL;鉻(Cr6+)標準溶液，0.002 g/mL;鈧標準溶液，0.100 mg/mL;純鎳，99.99%;純鐵粉，99.9%;硝酸，1.42 g/mL;高氯酸，1.67 g/mL;鹽酸，1.19 g/mL;硫酸，1.98 g/mL。以上試劑均為分析純，實驗用水均為二次水。

1.2 實驗方法

準確稱取0.100 0 g試料于150 mL三角瓶中，加入10 mL王水，低溫溶解試樣。準確加入質量分數為0.100 mg/mL的鈧標準溶液1.00 mL，定容至100 mL。用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測量。

儀器測量條件:等離子體流量15 L/min，載氣流量0.80 L/min，功率1 300 W，觀測高度15 mm，試樣流量 1.50 mL/min。

2 結果與討論

2.1 精密度實驗

2.1.1 不同價態(tài)的酸溶液實驗

分別配制Cr6+和Cr3+的不同酸溶液，在不同譜線、相同儀器測量條件下，同一溶液連續(xù)重復測量3次。所測量的精密度結果如表1。

表1 不同價態(tài)酸溶液的精密度(RSD) %

2.1.2 不同價態(tài)、不同基體的實驗

分別稱取不同量的純鐵粉和純鎳打底，加入10 mL王水低溫溶解。分別加入10 mL的Cr6+和Cr3+標準溶液，在相同的儀器測量條件、不同的譜線下，同一溶液連續(xù)重復測量3次。所測量的精密度結果如表2。

表2 不同價態(tài)、不同基體的精密度(RSD) %

在相同的測量條件下，同一溶液分別測量3次，在不同價態(tài)、不同酸溶液黏度，不同價態(tài)、不同基體的溶液黏度，鉻元素不同譜線間，所得的相對標準偏差為0.60% ～2.00%。在相同儀器測量條件下，同一溶液連續(xù)重復測量，所得相對標準偏差相差0.55%，波動范圍較大。說明儀器自身穩(wěn)定性較差。

2.1.3 加入內標元素實驗

運用內標原理，對鉻、內標鈧和釔的物理性質進行詳細比較。選取鈧作為內標元素。這是因為，鈧的信號隨分析參數變化相對較小［2］，可減少背景變化的影響［3］。精密度就是內標元素與所測元素的強度比［2］。

準確稱取0.100 0 g試料數份，投入150 mL三角瓶中，加入王水，低溫溶解試樣。準確加入鈧標準溶液0.2 mL ～5.0 mL，溶至100 mL。以純鐵0.08 g和純鎳0.02 g打底。分別選取不同內標波長，同一測量條件下連續(xù)重復測量3次，其精密度結果如表3。

選用3條內標鈧元素譜線，在相同的測量條件下，同一溶液中連續(xù)重復測量3次。當溶液中內標鈧元素的質量分數≥0.6%時，3條內標鈧元素譜線所得相對標準偏差沒有明顯區(qū)別，可任意選取;鉻元素的所有譜線所得相對標準偏差(RSD)≤0.5%，譜線強度波動有了明顯的改善;同一溶液連續(xù)重復測量所得相對標準偏差相差0.15%，波動范圍由原來的0.55%降低到0.15%，消除了由儀器不穩(wěn)定引起的譜線強度較大的現象。因此，一般選取準確加入1.0 mL質量濃度為0.100 mg/mL的鈧標準溶液。

表3 加入不同含量內標元素的精密度(RSD) %

2.2 準確度實驗

按照實驗方法，隨機選取2個不銹鋼標準樣品，分別制取3份相同溶液，準確加入1.0 mL質量分數為0.100 mg/mL的鈧標準溶液，測量結果如表4。

表4 準確度實驗

3 結論

不銹鋼中鉻元素精密度實驗中，相對標準偏差波動范圍較大的原因主要是由儀器自身的波動引起的。加入內標鈧元素，增強了時效性，使方法的相對標準偏差(RSD)由原來的0.60% ～2.00%降到≤0.5%，達到了儀器所要求的精密度標準。同時，不銹鋼中鉻元素測定的準確度得到提高。

［1］張 光，高 霞.ICP-AES法測定高合金鋼中主合金元素含量［J］.理化檢驗:化學分冊，2003，39(2):85.

［2］鄭建國，周 勤，錢浩雯，等.內標法在ICP-AES中的應用研究:Ⅱ:應用內標法校正操作參數的變化［J］.分析測試學報，1993，12(5):7.

［3］鄭建國，張展霞.ICP-AES中內標法的應用研究:Ⅲ:用內標法校正基體干擾［J］.1996，15(1):21-24.