MPT-AES法測(cè)定合金鋼中的硅

高輝，趙志添

(1.撫順特殊鋼股份有限公司，遼寧撫順 113001； 2.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧撫順 113001)

MPT-AES法測(cè)定合金鋼中的硅

高輝1，趙志添2

(1.撫順特殊鋼股份有限公司，遼寧撫順 113001； 2.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧撫順 113001)

建立了微波等離子體炬原子發(fā)射光譜(MPT-AES)測(cè)定合金鋼中的硅含量的分析方法?？疾炝藘x器最佳實(shí)驗(yàn)條件、溶液酸度和鋼中共存離子對(duì)測(cè)定的干擾，采用相似基體的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣繪制工作曲線。硅的線性范圍在0.3～7.0 μg／mL之間，檢出限為0.05 μg／mL。測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.2%～3.1%(n=9)，樣品加標(biāo)回收率在97.0%～103.0%之間，該法測(cè)定結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定結(jié)果相符合。MPT-AES法良好的精密度和準(zhǔn)確度，可用于測(cè)定合金鋼中硅的含量。

MPT-AES；硅；測(cè)定；合金鋼

硅是鋼鐵中的有益元素之一，它能增強(qiáng)鋼的強(qiáng)度、彈性、耐酸性及電阻系數(shù)，在鋼鐵冶煉過(guò)程中也能增強(qiáng)鋼的流動(dòng)性，減少收縮性等，同時(shí)它又是鋼的一種有效脫氧劑，但隨著硅含量的增加，會(huì)影響鋼的焊接性能，因此對(duì)合金中硅的含量，冶煉中有嚴(yán)格的控制。

目前采用容量法［1］、分光光度法［2-5］及ICPAES法［6-8］測(cè)定合金中硅元素，這些方法較為成熟，分析速度快，有些還能夠做到同時(shí)分析多種元素。近年來(lái)微波等離子體炬-原子發(fā)射光譜(MPT-AES)法在分析領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但在合金中硅的測(cè)定中應(yīng)用較少［9-14］。筆者采用MPT-AES法，優(yōu)化了測(cè)定合金鋼中硅的實(shí)驗(yàn)條件，建立了一種合金鋼中硅的新分析方法，該方法具有操作簡(jiǎn)便，快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，適用于合金鋼中硅元素的測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

微波等離子體炬(MPT)光譜儀：510型，長(zhǎng)春吉大小天鵝儀器有限公司；

二氧化硅：光譜純；

鹽酸溶液：1.17 g／mL，優(yōu)級(jí)純；

硝酸溶液(1+3)：優(yōu)級(jí)純；

無(wú)水碳酸鈉：優(yōu)級(jí)純；

鐵、鎳、鉻、鉬、釩、鈦、錳標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 mg／mL，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；

氬氣：純度為99.99%；

實(shí)驗(yàn)用水為亞沸蒸餾水。

1.2 硅標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱取光譜純二氧化硅0.214 2 g于鉑坩堝中，加入無(wú)水碳酸鈉5 g，于1 000℃高溫爐中熔融至透明，再灼燒5 min。取出冷卻，用熱水浸取，待熔塊全熔后，冷卻至室溫，然后移入1 000 mL容量瓶中，以亞沸蒸餾水稀釋至標(biāo)線，搖勻，貯于塑料瓶中。此硅標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度為0.1 mg／mL，實(shí)驗(yàn)所用其它濃度的硅標(biāo)準(zhǔn)溶液均由此稀釋而得。

1.3 儀器工作條件

單色儀焦距：500 mm；光柵：2 400線／mm全息衍射離子刻蝕光柵；狹縫：入／出／光闌＝0.05／0.05／5 mm；波長(zhǎng)：253.612 nm；微波功率源頻率：(2 450±50) MHz；微波功率：85 W；載氣流量：950 mL／min；工作氣流量：613 mL／min；測(cè)光系統(tǒng)負(fù)高壓：-700 V。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

稱取合金鋼試樣0.1 g于100 mL容量瓶中，加15 mL硝酸溶液(1+3)，低溫加熱溶解試樣，再加入5 mL鹽酸溶液，繼續(xù)加熱至全部溶解，取下，冷卻，以亞沸蒸餾水稀釋至標(biāo)線，搖勻。

開啟MPT光譜儀，將工作氣(Ar)和載氣(Ar)分別調(diào)節(jié)到實(shí)驗(yàn)所選最佳流量，MPT火炬穩(wěn)定后，氣動(dòng)霧化進(jìn)樣，在選定波長(zhǎng)下測(cè)定合金鋼中硅元素的發(fā)射強(qiáng)度。選擇相似基體的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣繪制工作曲線，測(cè)定硅元素含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 硅分析譜線

用3 μg／mL的硅標(biāo)準(zhǔn)溶液在240.000～300.000 nm內(nèi)進(jìn)行波長(zhǎng)掃描，硅在251.612 nm處出現(xiàn)靈敏線，鋼中基體鐵元素在251.667 nm處也存在吸收峰，兩者的波長(zhǎng)差0.055 nm能夠滿足儀器分辨率要求，所以選定波長(zhǎng)253.612 nm為測(cè)定硅的分析譜線。

2.2 微波功率

改變等離子體炬的微波功率，用3 μg／mL的硅標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行掃描測(cè)量，微波功率對(duì)硅發(fā)射強(qiáng)度的影響如圖1。

圖1 微波功率對(duì)測(cè)定硅發(fā)射強(qiáng)度的影響

由圖1可知，硅發(fā)射強(qiáng)度隨微波功率的增大而增強(qiáng)，超過(guò)80 W之后發(fā)射強(qiáng)度增加平緩，但隨著微波功率的增大，等離子炬開始不穩(wěn)定，本實(shí)驗(yàn)選85 W為測(cè)定硅的最佳微波功率。

2.3 載氣流量

改變載氣流量，用3 μg／mL的硅標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行掃描測(cè)量，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，載氣流量為950 mL／min時(shí)發(fā)射強(qiáng)度最大，所以選950 mL／min為測(cè)定硅的最佳載氣流量。

圖2 載氣流量對(duì)測(cè)定硅發(fā)射強(qiáng)度的影響曲線

2.4 工作氣流量

改變工作氣流量，用3 μg／mL的硅標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行掃描測(cè)量，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，工作氣流量為613 mL／min時(shí)，硅發(fā)射強(qiáng)度開始趨于穩(wěn)定，所以選613 mL／min為測(cè)定硅的最佳工作氣流量。

圖3 工作氣流量對(duì)測(cè)定硅發(fā)射強(qiáng)度的影響曲線

2.5 酸度考察

由于試樣處理過(guò)程引入了硝酸、鹽酸，分別以硝酸、鹽酸作為介質(zhì)進(jìn)行了考察，向3 μg／mL硅標(biāo)準(zhǔn)溶液中分別加入不同濃度的硝酸、鹽酸進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果表明，2.0 mol／L濃度以下的硝酸，1.5 mol／L濃度以下的鹽酸對(duì)硅的測(cè)定無(wú)干擾。在本實(shí)驗(yàn)條件下，可忽略酸度對(duì)硅測(cè)定結(jié)果的影響。

2.6 共存離子影響考察

采用質(zhì)量濃度為3 μg／mL的硅標(biāo)準(zhǔn)溶液，考察了共存離子Mn(Ⅱ)，Ni(Ⅱ)，Cr(Ⅲ)，F(xiàn)e(Ⅲ)，Mo(Ⅵ)，Ti(Ⅳ)，V(Ⅴ)對(duì)硅發(fā)射強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，50倍Cr(Ⅲ)，20倍的Mn(Ⅱ)，Ni(Ⅱ)，F(xiàn)e(Ⅲ)，Mo(Ⅵ)，10倍的V(Ⅴ)，Ti(Ⅳ)不干擾硅的測(cè)定?？紤]到鋼中鐵元素和鉻元素對(duì)硅測(cè)定存在的干擾，在實(shí)際測(cè)定中采用相似基體的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣繪制工作曲線。

2.7 線性方程、線性范圍和檢出限

在選定的最佳實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)試劑空白溶液連續(xù)測(cè)定11次，以測(cè)定結(jié)果的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算硅元素的檢出限為0.05 μg／mL。對(duì)系列硅濃度的相似基體標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液和發(fā)射強(qiáng)度進(jìn)行線性回歸，以硅相對(duì)發(fā)射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，硅含量(μg／mL)為橫坐標(biāo)，得到線性方程為y=21.375x+182.63，相關(guān)系數(shù)為0.999 3，線性范圍為0.3～7.0 μg／mL。

2.8 精密度與準(zhǔn)確度試驗(yàn)

按1.4進(jìn)行操作，選擇5種硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.03%～0.70%范圍的樣品，對(duì)同一樣品重復(fù)測(cè)定9次，以國(guó)標(biāo)方法［15］測(cè)定結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算相對(duì)誤差，試驗(yàn)結(jié)果見表1。向合金鋼樣品中加入一定量的硅標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表1 比對(duì)試驗(yàn)與精密度試驗(yàn)結(jié)果 %

表2 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果 %

由表1、表2可知，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.2%～3.1%之間，樣品加標(biāo)回收率在97.0%～103.0%之間，表明該方法具有良好的精密度和較高的準(zhǔn)確度，能夠滿足分析要求。

3 結(jié)語(yǔ)

采用微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法測(cè)定合金鋼中的硅元素，其測(cè)定結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定結(jié)果相符合，方法的準(zhǔn)確度及精密度均滿足分析要求。

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中科院大連化物所3人入選年度全球最有影響分析科學(xué)家

英國(guó)《分析科學(xué)家》雜志在10月最新刊物上公布了2015年全球最有影響的100位分析科學(xué)家，中科院大連化物所張玉奎院士、許國(guó)旺研究員和鄒漢法研究員名列其中，這也是此次榜單中僅有的3位中國(guó)科學(xué)家。

該雜志在大眾提名的基礎(chǔ)上，由5位專家組成評(píng)審小組，對(duì)提名的候選人進(jìn)行評(píng)審，確定最終名單。

（科學(xué)網(wǎng)）

Determination of Silicon in Alloy Steel by MPT-AES

Gao Hui1， Zhao Zhitian2
(1. Fushun Special Steel Co.Ltd.， Fushun 113001， China；2. Liaoning University of Petroleum & Chemical Technology， Fushun 113001， China)

The analysis method of microwave plasma torch-atomic emission spectrometry (MPT-AES) was established for the determination of silicon content in alloy steel. The best instrument working conditions，the effects of solution acidity and the interference of coexistence ions in steel were investigated. The working curve was made by using the standard steel samples with similar matrix. The linear range of silicon was 0.3-7.0 μg／mL，and the detection limit of silicon was 0.05 μg／mL. The relative standard deviation of determination results was 1.2%-3.1%(n=9)，the recovery of standard added sample was between 97.0%-103.0%. The determination results of the MPT-AES method were consistent with the results of the national standard method. The method of microwave plasma torch-atomic emission spectrometry can be used to determinate silicon content in alloy with good precision and accuracy.

MPT-AES; silicon; determination; alloy steel

O657.3

：A

：1008-6145(2015)06-0056-03

10.3969／j.issn.1008-6145.2015.06.014

聯(lián)系人：高輝；E-mail: gh_007326@126.com

2015-07-08