ICP–AES法測(cè)定鉻鎳不銹鋼中錳、鉻、鎳、硅、磷、銅、鉬的含量

馮鳳，亓蕾，陶曦東，劉婧

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，南京 210031)

ICP–AES法測(cè)定鉻鎳不銹鋼中錳、鉻、鎳、硅、磷、銅、鉬的含量

馮鳳，亓蕾，陶曦東，劉婧

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，南京 210031)

建立電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP–AES)法測(cè)定鉻鎳不銹鋼中錳、鉻、鎳、硅、磷、銅、鉬7種元素含量的方法。試樣用鹽酸與硝酸混合酸溶液溶解，采用溶解國家標(biāo)準(zhǔn)樣品的方法制備校準(zhǔn)曲線溶液，確定了元素最佳分析譜線。各元素的含量在其測(cè)試范圍內(nèi)與原子發(fā)射強(qiáng)度呈良好的線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)不小于0.999，7種元素的檢出限在0.000 3%～0.003 0%之間。該方法應(yīng)用于鉻鎳不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定，測(cè)定值與認(rèn)定值相符，測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.12%～1.15%之間(n=8)。應(yīng)用于鉻鎳不銹鋼樣品測(cè)定時(shí)，加標(biāo)回收率在90%～110%之間。該方法操作簡(jiǎn)便、迅速，可滿足日常鉻鎳不銹鋼中多元素含量的檢測(cè)需要。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP–AES)；鉻鎳不銹鋼；錳、鉻、鎳、硅、磷、銅、鉬元素；標(biāo)準(zhǔn)樣品

鉻和鎳在鉻鎳不銹鋼中含量較高，并呈單相的奧氏體組織，因而鉻鎳不銹鋼具有比鉻不銹鋼更高的化學(xué)穩(wěn)定性，更好的耐腐蝕性，是目前應(yīng)用最多的一類不銹鋼［1］。不銹鋼中各元素含量的分析大多采用化學(xué)法、原子吸收法和光電直讀光譜法［2–3］?；瘜W(xué)法和原子吸收法分析元素單一，操作復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低；光電直讀光譜法操作簡(jiǎn)便，可以多元素同時(shí)分析，但對(duì)樣品形狀有嚴(yán)格的要求和限制。近年來，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜由于其基體效應(yīng)小，線性范圍寬，靈敏度高，分析速度快，多元素同時(shí)測(cè)定的特點(diǎn)在地質(zhì)、冶金、化工、食品等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用［3–15］。目前沒有采用ICP–AES法測(cè)定不銹鋼材料元素含量的國家標(biāo)準(zhǔn)，只有YB／T 4396–2014 《不銹鋼多元素含量的測(cè)定 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法》［16］，規(guī)范了不銹鋼中某些元素的測(cè)量，還有人采用ICP–AES法測(cè)定不銹鋼材料中某些元素［3，9–11］，且大部分使用標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制校準(zhǔn)曲線，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且有時(shí)雖然校準(zhǔn)曲線線性好，但因?yàn)榛w不同的緣故，測(cè)試結(jié)果并不理想。筆者采用溶解國家標(biāo)準(zhǔn)樣品的方法制備校準(zhǔn)曲線，建立了ICP–AES法測(cè)定鉻鎳不銹鋼中錳、鉻、鎳、硅、磷、銅和鉬7種元素含量的方法，該法與前者相比，簡(jiǎn)便省時(shí)，溶液保存時(shí)間長，而且校準(zhǔn)曲線溶液的基體組成與待測(cè)物質(zhì)一致，消除了基體干擾。

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：Thermo iCAP 6300 型，美國Thermo Fisher公司；

鹽酸、硝酸：優(yōu)級(jí)純；

氬氣：純度為99.999%；

鉻鎳不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品：B 59–94(撫順鋼廠)，GSBH 40132–2003[太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司鋼鐵研究所]，YSBC 11314–94(冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院)，YSBC 15344–2008、YSBC 15343–2008、YSBC 15345–2008、GSB 03–2481–2008[太 原 鋼 鐵(集團(tuán))有限公司技術(shù)公司]，GSB 03–2030–2006、GSB 03–2031–2006(鋼鐵研究總院分析測(cè)試研究所北京納克分析儀器有限公司)，GBW 01681–2005(山東省冶金科學(xué)研究院)；

實(shí)驗(yàn)用水為去離子水，電阻率不小于18.2 MΩ·cm。

1.2 儀器工作條件

射頻功率： 1 150 W；冷卻氣流量：12 L／min；輔助氣流量：0.5 L／min；霧化氣流量：0.5 L／min；蠕動(dòng)泵泵速：50 r／min；垂直觀察高度：12.0 mm；積分時(shí)間：短波15 s，長波5 s；各元素的分析波長見表1。

表1 元素分析波長

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱取試樣0.100 0 g于100 mL定容兩用瓶中，加入10 mL鹽酸與硝酸的混合酸溶液(鹽酸–硝酸–水的體積比為2∶1∶3)，并于低溫加熱至反應(yīng)完全，待試液冷卻后，用水定容至100 mL，混勻，按1.2儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。隨同試樣作空白試驗(yàn)。用于繪制校準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)樣品的溶解方法與試樣相同。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作條件的選擇

本方法使用的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀是全譜直讀型發(fā)射光譜，可以實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測(cè)定。信號(hào)值隨著儀器射頻功率的增加明顯增強(qiáng)，但同時(shí)儀器噪音也增加，保持其它參數(shù)不變，在900～1 500 W范圍內(nèi)，試驗(yàn)考察了改變射頻功率對(duì)譜線強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，隨著射頻功率的增加，待測(cè)元素的譜線強(qiáng)度和背景都隨之增大，當(dāng)射頻功率增大到1 150 W時(shí)，信噪比開始下降，故選擇射頻發(fā)生器功率為1 150 W。霧化氣流量的大小直接影響待測(cè)溶液的吸入速率，增大霧化氣流量，可以使待測(cè)元素強(qiáng)度增強(qiáng)，但過大會(huì)稀釋待測(cè)樣品，綜合考慮，選擇霧化氣流量為0.5 L／min。其它參數(shù)根據(jù)廠商推薦和儀器調(diào)試時(shí)的霧化效果。

2.2 元素分析譜線的選擇

遵循低含量元素采用主靈敏線、高含量元素采用次靈敏線的原則，從基體干擾和背景校正兩方面考慮，對(duì)各元素的若干條譜線進(jìn)行篩選。初選譜線依次為Mn：257.610，260.569，279.482 nm；Cr：206.157，267.716，318.070，360.533 nm；Ni：221.647，352.454 nm；Si：251.611，212.412，288.158 nm；P：178.284，177.495 nm；Cu：324.754，327.396 nm；Mo：202.030，281.615 nm。經(jīng)過試驗(yàn)比對(duì)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線線性、譜線響應(yīng)值和未知樣品測(cè)試的準(zhǔn)確度等情況，最后選定各元素的分析譜線如表1所示。

2.3 干擾及消除

電感耦合等離子原子發(fā)射光譜法的常見干擾分為光譜干擾和非光譜干擾。光譜干擾是最為嚴(yán)重的干擾，主要包括基線漂移和直接譜線重疊兩種干擾類型?？梢酝ㄟ^更換譜線、背景校正和干擾元素校正來消除光譜干擾。經(jīng)過試驗(yàn)，在選定的測(cè)試波長附近干擾極少，可忽略不計(jì)。非光譜干擾主要包括化學(xué)干擾、物理干擾和電離干擾等，可以通過基體匹配、內(nèi)標(biāo)法、加入電離緩沖劑等消除。一般情況下，非光譜干擾影響相對(duì)較小。在該試驗(yàn)中，主要通過選擇合適的譜線以及選擇基體組成與待測(cè)樣品基本相同的國家標(biāo)準(zhǔn)樣品用于制備校準(zhǔn)曲線以消除干擾。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

用溶解國家標(biāo)準(zhǔn)樣品的方法繪制校準(zhǔn)曲線，比基體匹配的標(biāo)準(zhǔn)溶液更簡(jiǎn)便、快速，表2列出了繪制校準(zhǔn)曲線用標(biāo)準(zhǔn)樣品中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

選用表2中的國家不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品，按照1.3實(shí)驗(yàn)方法處理標(biāo)準(zhǔn)樣品，配制成系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，按1.2儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定，以各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)、元素譜線信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸求得線性回歸方程，各元素的線性回歸方程、線性范圍、相關(guān)系數(shù)見表3。

表2 繪制校準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)樣品中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

按照1.2儀器工作條件對(duì)試劑空白溶液進(jìn)行11次測(cè)定，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差為檢出限，結(jié)果見表3。

表3 線性回歸方程、線性范圍、相關(guān)系數(shù)及檢出限

2.5 精密度與準(zhǔn)確度試驗(yàn)

按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)2個(gè)鉻鎳不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表4。

表4 精密度與準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果 %

由表4可知，7種元素測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.12%～1.15%，說明該方法具有良好的精密度，相對(duì)誤差為0.10%～6.67%，說明測(cè)定值與認(rèn)定值相符，方法準(zhǔn)確度較高。

2.6 加標(biāo)回收試驗(yàn)

按照1.3實(shí)驗(yàn)方法對(duì)某鉻鎳不銹鋼樣品進(jìn)行測(cè)定，并進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 樣品測(cè)定與回收試驗(yàn)結(jié)果 %

由表5可知，采用該方法測(cè)定鉻鎳不銹鋼樣品，各元素的加標(biāo)回收率在90%～110%之間，說明該方法干擾小，準(zhǔn)確度較高。

3 結(jié)語

采用ICP–AES測(cè)定鉻鎳不銹鋼中錳、鉻、鎳、硅、磷、銅和鉬7種元素的含量。用溶解國家標(biāo)準(zhǔn)樣品的方法制備校準(zhǔn)曲線溶液，線性范圍寬，具有較好的準(zhǔn)確度和精密度，靈敏度高。該方法操作簡(jiǎn)便、迅速，可滿足日常鉻鎳不銹鋼中多元素含量的檢測(cè)需要。

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Determination of Mn, Cr, Ni, Si, P, Cu, Mo in Chromium Nickel Stainless Steel by ICP–AES

Feng Feng， Qi Lei， Tao Xidong， Liu Jing
(CRRC Nanjing Puzhen Co.， Ltd.， Nanjing 210031， China)

The method for simultaneous determination of Mn, Cr, Ni, Si, P, Cu, Mo elements in chromium nickel stainless steel by using inductively coupled plasma atomic emission spectrometry(ICP–AES) was established. The sample was dissolved with HCl–HNO3solution. The method of dissolving the reference materials was adopted for preparation of calibration curve. The best analytical spectral lines were chosen for the determination. Linear relationships between the emission intensity and the concentration of the elements were kept in the linear ranges of seven elements, the correlation coefficients were more than 0.999. The detection limits ranged from 0.000 3% to 0.003 0%. The method was applied to the analysis of the reference material, the determination results were in agreement with the certified values, and the relative standard deviations of determination results were in the range of 0.12%–1.15%(n=8). The recovery rates measured by standard addition method were in the range of 90%–110%. The method is simple, rapid and can meet the rquirement of daily analysis of multi element content in chromium nickel stainless steel.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry(ICP–AES); chromium nickel stainless steel; elements of Mn, Cr, Ni, Si, P, Cu, Mo; reference material

O657.3

A

1008–6145(2016)06–0084–04

10.3969／j.issn.1008–6145.2016.06.020

聯(lián)系人：馮鳳；E-mail: fengfnjust@126.com

2016–09–20