ICP-AES法測定稀土硅鐵中鑭鈰錳鋁鈣

天津重型裝備工程研究有限公司 （300457） 王井玉 吳增升

1.概述

在球墨鑄鐵生產(chǎn)中，硅鐵是一種重要的孕育劑和球化劑，加入一定量的硅鐵能夠阻止鐵中碳化物的形成、促進(jìn)石墨的析出和球化。實(shí)際上純凈的硅鐵是沒有多大孕育效果的，為此孕育劑中常加入Al、Ca、Ba、Mn及稀土等元素，以增加孕育作用。其中Ca、Al可以促進(jìn)石墨化，但加入量不可超過一定值，否則會降低孕育效果。孕育劑的加入量對鑄件的性能有很大影響，加入量過少會導(dǎo)致加工性能惡化，力學(xué)性能降低和基體組織不均一；加入量過多不僅浪費(fèi)還會產(chǎn)生過多熔渣及縮孔。因此建立準(zhǔn)確的測定孕育劑中功能成分含量的方法是十分必要的，這對加入適量的孕育劑具有重要的指導(dǎo)意義。

目前，硅鐵中元素的定量分析方法有化學(xué)法、X-射線熒光光譜法及ICP-AES法?；瘜W(xué)法因其操作程序繁瑣，分析周期長已經(jīng)很少被使用。在用XRF法進(jìn)行測定時需要配備相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)樣品方可進(jìn)行定量分析，并且在用熔融法制樣時需要配備相應(yīng)的熔融設(shè)備；在用壓片法制樣時，由于粒度效應(yīng)常使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性差。而用ICP-AES法進(jìn)行測定時，可以利用標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行校準(zhǔn)曲線的繪制進(jìn)而進(jìn)行定量分析，并且該法穩(wěn)定性好，精密度高。

2.實(shí)驗(yàn)部分

（1）主要儀器及工作條件 ①儀器：ICAP6500型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國熱電公司），見附圖。②工作條件：射頻（RF）功率1150W；蠕動泵轉(zhuǎn)速50r/min；輔助氣流量0.5L/min；霧化氣體流量0.7L/min；冷卻氣流量12L/min；短波曝光時間5s；長波曝光時間15s，垂直觀測高度12mm；聚四氟乙烯進(jìn)樣系統(tǒng)。

（2）主要試劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液 實(shí)驗(yàn)中所用試劑均為優(yōu)級純及光譜純級別，La、Ce、Mn、Al、Ca單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度均為1000μg/mL，根據(jù)需要稀釋成相應(yīng)濃度。實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

（3）實(shí)驗(yàn)方法 準(zhǔn)確稱取0.50g試樣于250mL聚四氟乙烯燒杯中，加少量水濕潤后加入10mL硝酸，緩慢滴加3～5mL氫氟酸，常溫下?lián)u晃溶解，待無劇烈反應(yīng)后放至電熱板上低溫加熱溶解，待試樣溶解近完全后，加入10mL濃HCl繼續(xù)加熱，將溶液體積蒸至少量后取下，加入10mLHClO4，放至電熱板上加熱至冒煙后取下，加入10mLHCl（與水的比例為1∶1）加熱數(shù)分鐘溶鹽，取下冷卻至室溫后，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，用去離子水稀釋至刻度，搖勻待測。隨同試樣做空白實(shí)驗(yàn)。

（4）混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制 根據(jù)試樣中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和取樣量稱取相應(yīng)含量的高純鐵粉5份于250mL聚四氟乙烯燒杯中，按照上述實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行處理，溶解完畢轉(zhuǎn)移至容量瓶中（編號1、2、3、4、5），向容量瓶中加入一定量的單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液配制混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，之后用去離子水定容，各容量瓶中加入的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度見表1。

ICAP光譜儀

表1 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中各元素濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

（5）測定 打開ICP-AES并穩(wěn)定2h，打開等離子體光源預(yù)熱至少30min。按照選定的儀器工作條件，調(diào)整儀器的各參數(shù)至最佳狀態(tài)。按順序依次將空白溶液、標(biāo)準(zhǔn)溶液和試樣溶液導(dǎo)入等離子體，分別測量各待測元素的強(qiáng)度。使用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，以標(biāo)準(zhǔn)溶液各元素濃度為橫坐標(biāo)，其測定強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，擬合校準(zhǔn)曲線。根據(jù)校準(zhǔn)曲線及待測試樣中各元素的強(qiáng)度值得到各元素的濃度值。

3.結(jié)果與討論

（1）分析譜線的選擇 實(shí)驗(yàn)中每種元素初選了4條分析線進(jìn)行測定，見表2。

表2 各元素初選分析線

對初選的各元素譜線進(jìn)行掃描，根據(jù)掃描譜圖考察各譜線受干擾情況，最后選擇了干擾少、背景低、靈敏度高的譜線作為每種元素的分析線。La：333.749nm；Ce：439.166nm；Mn：293.930nm；Al：396.152nm；Ca：317.933nm。

（2）基體及共存元素間的影響 試樣經(jīng)高氯酸處理后，主量元素之一硅生成四氟化物揮發(fā)了，因此溶液基體元素主要是鐵。實(shí)驗(yàn)中采用高純鐵配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，對含鐵量進(jìn)行大致匹配后進(jìn)行試樣分析。結(jié)果表明，按所選擇的各元素分析線進(jìn)行分析時，無基體及共存元素間的相互干擾。

（3）工作曲線的繪制及方法檢出限 在選定工作條件下 ,重復(fù)測定空白溶液12次，取其3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(yīng)的濃度為各元素檢出限（DL）；測定標(biāo)準(zhǔn)溶液，利用軟件繪制各元素的工作曲線并算出各曲線的線性相關(guān)系數(shù)R，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。可以看到曲線線性好，元素檢出限低。

表3 校準(zhǔn)曲線線性相關(guān)系數(shù)R及檢出限D(zhuǎn)L (%)

（4）方法驗(yàn)證 ①準(zhǔn)確度。由于目前稀土硅鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品短缺，實(shí)驗(yàn)中選擇了硅鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品（YSBC25611-1993，吉林鐵合金廠）進(jìn)行準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4?？梢钥吹組n、Al、Ca的相對誤差均在1%以下，說明準(zhǔn)確度較好。標(biāo)準(zhǔn)樣品中沒有給出La、Ce的標(biāo)準(zhǔn)值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明二者含量很低，可以認(rèn)為幾乎為零。②精密度與加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。對試樣進(jìn)行12次連續(xù)測定，計算各元素的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD；向樣品中加入各待測元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表5。可以看到元素RSD均在1%以下，加標(biāo)回收率在100.78%～104.60%之間，表明精密度較好。

表4 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表5 精密度實(shí)驗(yàn) (%)

4.結(jié)語

本文建立了用ICP-AES法測定稀土硅鐵孕育劑中La、Ce、Mn、Al、Ca元素含量的方法。通過選擇合適的分析譜線、基體匹配等方法消除了共存元素之間的相互干擾，驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確度和精密度。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)方法簡單、準(zhǔn)確可靠，適合稀土硅鐵孕育劑的日常分析檢測。