微波消解 -ICP-AES 法測(cè)定裝甲材料中的鈮含量

張杰，郝靜，王慧清，葛衍玲

(內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)有限公司計(jì)量檢測(cè)中心，內(nèi)蒙古包頭 014030)

微波消解 -ICP-AES 法測(cè)定裝甲材料中的鈮含量

張杰，郝靜，王慧清，葛衍玲

(內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)有限公司計(jì)量檢測(cè)中心，內(nèi)蒙古包頭 014030)

建立 ICP-AES 法測(cè)定裝甲材料中鈮含量的的方法。采用鹽酸 - 硝酸 - 氫氟酸微波消解樣品，檢測(cè)器為CID 固態(tài)檢測(cè)器，檢測(cè)波長(zhǎng)為 309.417 nm。在選定的測(cè)定條件下，標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性范圍為 0.005%～1.0%，線性相關(guān)系數(shù)為 0.9997，檢出限為 0.00068%，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于 3%(n=10)，加標(biāo)回收率為 96.0%～98.7%。該方法操作簡(jiǎn)單，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，可用于裝甲材料中鈮含量的測(cè)定。

微波消解；ICP-AES ；裝甲材料

鈮對(duì)提高鋼的強(qiáng)度和抗腐蝕性，改善鋼的焊接性能具有重要的作用。因此在某新型裝甲材料中加入了一定含量的鈮，以改善其性能，在其研制及工藝定型試驗(yàn)中需要準(zhǔn)確分析其中的鈮含量。

鈮不溶于硝酸、鹽酸及硫酸中，但在氫氟酸、酒石酸鹽等存在條件下能形成可溶性絡(luò)合物［1］。鈮的化學(xué)分析方法［1-4］操作繁瑣，所用試劑多，干擾嚴(yán)重，特別是鉬含量高時(shí)，會(huì)使鈮的顯色不完全，需用堿進(jìn)行分離。國(guó)標(biāo) GB／T 20125-2006 沒(méi)有釆用ICP-AES 法測(cè)定鈮含量［5］。有報(bào)道 ICP-AES 法測(cè)定鈮的含量［6-9］均為用于普碳鋼和低合金鋼中的鈮，其溶樣用氫氟酸，不僅給樣品帶來(lái)污染，還必須用酒石酸或草酸絡(luò)合鈮，而酒石酸和草酸對(duì)鈮發(fā)光強(qiáng)度影響很大，干擾鈮的測(cè)定。

微波消解用酸量少，溫度和壓力高，溶樣速度快，不污染樣品。筆者用鹽酸 -硝酸-氫氟酸微波消解試樣，將試樣溶液轉(zhuǎn)移到塑料三角瓶中，在耐氫氟酸霧化器上，用 ICP-AES 法測(cè)定鈮的含量，主要解決了化學(xué)法中某些元素干擾和現(xiàn)有 ICP-AES 法樣品污染及加入絡(luò)合劑的干擾問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀：iCAP6300型，美國(guó)熱電公司；

微 波 消解 儀：ETHOS1 型，意 大 利 Mileston 公司；

鹽酸：37% ；

硝酸：65% ；

氫氟酸：40% ；

鈮標(biāo)準(zhǔn)溶液：100.0 μg／mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析中心。

1.2 光譜儀工作條件

功 率：1150 W ；載 氣 流 量：0.7 L／min ；輔 助氣 流 量：1.0 L／min ；泵 速：50 r／min ；檢 測(cè) 波 長(zhǎng)：309.417 nm ；檢測(cè)器：CID 固態(tài)檢測(cè)器。

1.3 微波消解儀工作條件

功 率：1200 W ；180 ℃ 設(shè) 定 8 min，220 ℃ 設(shè) 定10 min，160℃設(shè)定 10 min。

1.4 樣品處理

準(zhǔn)確稱取 0.1000 g( 精確到 0.0001 g) 試樣于微波消解罐中，加 3 mL 王水 (1+2)、0.5 mL 氫氟酸，在微波消解儀上消解試樣，將試樣轉(zhuǎn)移至 100 mL 塑料容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻。在選定的工作條件進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 霧化器、泵速和載氣流量

溶樣時(shí)用到氫氟酸，氫氟酸的作用是使鈮形成可溶性絡(luò)合物，釆用耐氫氟酸的霧化器直接進(jìn)行測(cè)定，不用再加入酒石酸鹽和硼酸等絡(luò)合劑，避免了這些絡(luò)合劑對(duì)鈮發(fā)射強(qiáng)度的影響。

載氣流量影響霧化效率，釆用較低的霧化壓力及合適的泵速，使 ICP 接近局部熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，可以增加氣溶膠通過(guò)火焰中心通道的時(shí)間，提高譜線的靈敏度。蠕動(dòng)泵速影響溶液的提升量和霧化效率，蠕動(dòng)泵速度快，能增大試樣在等離子炬中的濃度，提高發(fā)射強(qiáng)度，同時(shí)高進(jìn)樣量對(duì)等離子炬有冷卻作用，降低發(fā)射背景。但高進(jìn)樣量會(huì)使霧化器的霧化效果變差，使背景噪音增加。試驗(yàn)確定選擇載氣流量為 0.7 L／min，蠕動(dòng)泵速為 50 r／min。在此條件下，既保證了測(cè)定譜線的靈敏度和霧化效果，又使背景保持在一個(gè)較低的水平，確保方法的檢出限滿足測(cè)定要求。

2.2 檢測(cè)波長(zhǎng)

光譜干擾主要是譜線重疊和背景干擾。為觀察光譜干擾情況，用鈮 10.0 μg／mL 及一定含量的Mn，Cr，Mo 等相應(yīng)的單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在高純鐵基中對(duì)不同鈮的譜線進(jìn)行掃描測(cè)定，在 Subarray 圖上觀察各譜線及背景的強(qiáng)度、干擾情況，選擇沒(méi)有干擾、信背比高的譜線作為分析線。實(shí)驗(yàn)選定分析波長(zhǎng)為 309.417 nm( 級(jí)次 109)。對(duì)于背景干擾，用儀器 iTEVA 軟件改變背景校正點(diǎn)的位置和譜線寬度來(lái)對(duì)背景進(jìn)行扣除，從 Subarray 圖上確定左背景為 189.00，右背景為 187.30，積分區(qū)域中心寬度為2。

2.3 基體干擾

試樣中鐵是基體元素，基體干擾釆用基體匹配的方法消除。分析實(shí)際樣品時(shí)，一般用不同鈮含量的標(biāo)準(zhǔn)樣品繪制工作曲線來(lái)達(dá)到基體匹配的目的。在本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，用系列標(biāo)準(zhǔn)混合溶液加入高純鐵作為基體來(lái)繪制工作曲線，消除基體干擾。試驗(yàn)表明，兩種方法繪制工作曲線的測(cè)定結(jié)果一致。

2.4 微波消解酸及用量

用王水 (1+2)和氫氟酸消解試樣，氫氟酸用量約 0.5 mL 即可，王水用量與試樣組成及稱樣量有關(guān)。稱取 0.1000 g 試樣，在微波消解儀設(shè)定的工作條件下，逐漸增加王水用量。試驗(yàn)表明，王水用量少于 3 mL，試樣溶解不完全；加入 3～6 mL 王水和 0.5 mL 氫氟酸時(shí)，試樣溶解清亮。因此選擇用 3 mL 王水和 0.5 mL 氫氟酸溶解試樣。

2.5 線性相關(guān)系數(shù)、方法檢出限

將系列標(biāo)準(zhǔn)溶液引入光譜儀進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算機(jī)自動(dòng)以溶液濃度對(duì)強(qiáng)度繪制工作曲線。線性范圍為 0.005%～1.0%，相關(guān)系數(shù) 0.9997，方法檢出限為0.00068%，檢出限及線性范圍完全能滿足裝甲材料中鈮含量的測(cè)定。

方法檢出限的計(jì)算：對(duì)曲線的最低含量點(diǎn)0.005% 平行測(cè)定 7 次，按式 (1)計(jì)算方法的檢出限：

式中：MDL——方法的檢出限，%

n——樣品的平行測(cè)定次數(shù)；

t——自由度為 n-1，置信度為 99% 時(shí)的 t分布，當(dāng) n 為 7 時(shí)，t=3.143 ；

s——n 次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，%。

2.6 精密度試驗(yàn)

選取 3個(gè)不同鈮含量的標(biāo)準(zhǔn)樣品，按實(shí)驗(yàn)方法對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品平行測(cè)定 10 次，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 精密度試驗(yàn)結(jié)果 %

由表2可知，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.89%～2.54%之間，說(shuō)明該方法具有良好的精密度。

2.7 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

選取了3個(gè)不同鈮含量的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3 可知，加標(biāo)回收率在 96.0%～98.7% 之間，說(shuō)明方法具有較高的準(zhǔn)確度。

表3 回收試驗(yàn)結(jié)果 %

3 結(jié)語(yǔ)

建立了用微波消解溶解試樣、ICP-AES 法測(cè)定某新型裝甲材料中鈮含量的方法。優(yōu)化了測(cè)試條件，用基體匹配法消除了鐵基干擾。該方法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，精密度好，滿足某新型裝甲材料中鈮含量的測(cè)定要求，為某新型裝甲材料的成分及工藝定型試驗(yàn)提供了準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)。對(duì)于含合金元素種類(lèi)多且含量異常的特殊鋼中鈮的測(cè)定具有一定的借鑒作用。

［1］ 重機(jī)行業(yè)《金屬材料化學(xué)分析方法》編寫(xiě)組 .金屬材料化學(xué)分析方法［M］.四川德陽(yáng)：中國(guó)重型機(jī)械大型鍛鑄件行業(yè)協(xié)會(huì)，1992: 121-123.

［2］ 楊道興 .丹寧沉淀 - 氯代磺酚 S 光度法測(cè)定鋼中鈮含量［J］.冶金分析，2004，24(增刊 ): 293-296.

［3］ GB／T 223.40-2007 鋼鐵及合金鈮含量的測(cè)定氯代磺酚 S 分光光度法［S］.

［4］ 許豐，譚思思 .高鉬低鈮鋼中鈮的測(cè)定［J］.冶金分析，2004，24(增刊 ): 279-281.

［5］ GB／T 20125-2006 低合金鋼多元素含量的測(cè)定電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法［S］.

［6］ 丁美英，任新建，王宴秋 . ICP-AES 法測(cè)定稀土鋼中鈮量［J］.稀土，2008，29(1): 92-94.

［7］ 張光，高霞 . ICP-AES 法同時(shí)測(cè)定低合金鋼鋯和鈮［J］.冶金分析，2004，24(1): 44-47.

［8］ 牛淑霞 .電感耦合等離子體發(fā)射光譜法對(duì)低合金鋼中鈮的測(cè)定［J］.特鋼技術(shù)，2009，15(59): 39-41.

Determination of Niobium Content in a New Type Armor Materials by Microwave Digestion-ICP-AES

Zhang Jie, Hao Jing, Wang Huiqing, Ge Yanling
(Measurement Test Center of Inner Mongolia First Machinery Group Co. Ltd.， Baotou 014030, China)

A method was developed for the determination of niobium content in armor materials by ICP-AES. Sample was digested with hydrochloric acid-nitric acid-hydro fl uoric acid by microwave，the detector was CID solid-state detector with the detection wavelength of 309.417 nm. Under the selected conditions of determination, the linear range of curve was 0.005%-1.0%, the linear correlation coef fi cient was 0.9997. The detection limit was 0.00068%. The relative standard deviation of determination results was not more than 3%(n=10), and the standard addition recovery rate was 96.0%-98.7%. The method is simple in operation and measurement results are accurate and reliable. It can be used for the determination of niobium content in the armor materials.

microwave digestion; ICP-AES; armor material

O657.3

A

1008-6145(2014)05-0058-03

聯(lián)系人：張杰；E-mail: zhangjie472@sina.com

2014-08-15

10.3969／j.issn.1008-6145.2014.05.020