微波消解—ICP-AES法快速測定錳鐵中錳含量

朱 江，姜永琴，李 戎

(新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830021)

微波消解—ICP-AES法快速測定錳鐵中錳含量

朱 江，姜永琴，李 戎

(新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830021)

利用微波消解技術(shù)對錳鐵進行預(yù)處理，并采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜測定其錳含量。微波消解條件為：以濃硝酸、濃鹽酸和氫氟酸為消解液，消解壓力6.0 MPa，消解時間8 min，在分析譜線293.06 nm處測定預(yù)處理后樣品的錳含量。3種樣品測定結(jié)果與國標(biāo)方法結(jié)果較為一致，具有簡便、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點，從而可用于相關(guān)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)控制分析。

錳鐵；微波消解；ICP-AES；錳含量

0 前 言

錳鐵是錳與鐵的合金，另含有碳、硅、磷和硫等元素，由于錳與氧、硫親和力較高，故而在實際鋼鐵生產(chǎn)中，常作為鋼液的脫氧劑和脫硫劑，以提高鋼的可鍛性和可軋性[1-2]。同時，錳又能細化鋼的晶粒，提高鋼的淬火深度，所以又可作為合金元素添加劑[3]。鋼的強度極限隨著錳含量的增加而增大，一般情況下每增加1%的錳，鋼的強度極限提高10 kgf/mm2[4]，而當(dāng)錳含量大于10%時，鋼在大氣中的抗腐蝕性大大增強，因此如何方便、快速、準(zhǔn)確測定錳鐵中的錳含量意義重大。

目前國家標(biāo)準(zhǔn)[5]采用電位滴定法、硝酸銨氧化滴定法與高氯酸氧化滴定法測定錳鐵中錳含量，但國標(biāo)規(guī)定方法均需提前配置、標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)溶液，費時費力，且利用強酸極難完全溶解錳鐵，從而會在測定過程中引入系統(tǒng)誤差。微波消解是近年發(fā)展起來的一種快速溶樣技術(shù)，具有消解速度快、耗用試劑少、易揮發(fā)組分不損失、節(jié)能等優(yōu)點，已應(yīng)用到環(huán)境、生物、醫(yī)藥、食品、冶金、建材等諸多領(lǐng)域，而電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)具有靈敏度高、檢出限低、動態(tài)線性范圍寬、可滿足多元素同時檢測，且快速準(zhǔn)確等特點，因此本研究以錳鐵作為研究對象，探索微波消解對錳鐵的預(yù)處理后，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法快速測定錳鐵中的錳含量。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器

Optima 8000 DV型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國PE公司)；密閉高壓消解罐(德國Berghof公司)、MWD-520型微波消解儀；DB12-20型不銹鋼恒溫電熱板(天津labotery)。

1.2 試驗試劑

濃硝酸、濃鹽酸、氫氟酸、硝酸42 g/mL、磷酸70 g/mL、高氯酸硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.063 24 mol/L)、硝酸銨、N-苯代鄰氨基苯甲酸，上述試劑均為分析純，錳、鋁、鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液：1.000 g/L，試驗用水為超純水，錳鐵樣品(東北特鋼)。

1.3 樣品預(yù)處理

準(zhǔn)確稱取0.40 g錳鐵樣品，加入至密閉高壓消解罐后，加入3 mL濃硝酸、3 mL濃鹽酸與1 mL氫氟酸溶液，放置于微波消解儀中，按照設(shè)定的溶樣程序，進行程序升溫加壓，見表1所示。待消解結(jié)束后冷卻，轉(zhuǎn)移樣品溶液至燒杯中放置于電熱板上，加熱驅(qū)酸后稀釋，轉(zhuǎn)移至250 mL容量瓶定容待測。

表1 微波消解程序

1.4 ICP-AES法

ICP-AES法測定溶液Mn2+濃度，測定波長293.31 nm，RF發(fā)生器功率1.5 kW；四通道蠕動泵，泵速40 r/min；工作氣體為氬氣(純度：99.99%)；冷卻氣流量：17 L/min；輔助氣流量0.8 L/min；霧化氣流量0.6 L/min；積分時間15 s；重復(fù)3次。配置不同濃度的錳標(biāo)準(zhǔn)溶液，以發(fā)射強度對Mn2+質(zhì)量濃度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，隨后測定樣品溶液中的錳含量。

1.5 硝酸銨氧化滴定法

準(zhǔn)確稱取0.20 g錳鐵樣品置于至錐形瓶中，另加入15 mL磷酸、5 mL硝酸加熱至完全溶解后，繼續(xù)加熱至液面剛出現(xiàn)微煙取下，立即加入3 g硝酸銨，除去氮氧化物后，冷至室溫，用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈淺紅色，隨后加入2滴N-苯代鄰氨基苯甲酸溶液，繼續(xù)滴定至亮黃色止。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品預(yù)處理條件選擇

錳鐵中的錳含量能否準(zhǔn)確測定，主要取決于樣品在預(yù)處理過程中是否完全消解。電感耦合等離子發(fā)射光譜法測定樣品時，多選用HNO3、HCl或其混合酸作為消解溶液，本試驗比較了上述強酸及其混合酸在同樣的微波消解條件下對錳鐵的消解情況，見表2所示，其中加入氫氟酸是為了除去錳鐵中的硅。

表2 樣品消解條件的選擇

從表2中可見，當(dāng)錳鐵稱樣量為0.40 g，濃硝酸與濃鹽酸均為3.0 mL時，觀察到樣品的消解情況最好。同時，將該消解條件后的樣品溶液，于1個月后重新測定，測定錳含量也較為一致，表明了該預(yù)處理樣品方式得到的溶液在1個月內(nèi)保持穩(wěn)定。

2.2 分析線的選擇

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法要求選擇的分析線靈敏度高且穩(wěn)定，由于錳鐵中錳含量一般偏高，因此靈敏度不是考慮的主要因素。同時由于不同波長下表現(xiàn)出的結(jié)果穩(wěn)定性也并不相同，因此本試驗將樣品溶液分別稀釋10，50，100倍，采集2 h的數(shù)據(jù)進行精密度計算，分別考察257.610，259.373，260.569，279.827，280.106，293.306 nm作為錳元素分析線的穩(wěn)定性，結(jié)果見表3所示。

表3 錳元素分析線的穩(wěn)定性

從表3結(jié)果可見：不同波長下分析線的穩(wěn)定性并不相同，隨著測試時間的延長，相同分析線的檢測結(jié)果精密度越差，但不同濃度的樣品溶液，在293.306 nm分析譜線下測定時間2 h后，RSD均小于0.8%，從而選擇293.306 nm作為測定錳元素的分析線。

2.3 其他共存元素影響

錳鐵中一般錳含量較高外，其次為硅、鐵，因而稀釋后的鐵、硅質(zhì)量濃度不會超過10 mg/L與2 mg/L。分別配置3個100 mL容量瓶中含有20 mg/L錳與10 mL硝酸溶液，其中2號與3號瓶中另分別加入10 mg/L鐵與2 mg/L硅，選擇293.306 nm分析線對錳含量進行測定，結(jié)果見表4所示。

表4 共存元素的影響 (n=6) mg/L

從表4中結(jié)果可知：在測定過程中，共存元素硅、鐵不會產(chǎn)生干擾。

2.4 線性回歸方程

按照ICP-AES法確定的試驗條件，分別配置濃度為0.5，10.0，20.0，30.0，50.0 mg/L的錳標(biāo)準(zhǔn)溶液，以錳的質(zhì)量濃度對發(fā)射強度繪制工作曲線，得到的線性方程為y=15 123x-39.602，相關(guān)系數(shù)r>0.999，從而保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2.5 精密度及回收率試驗

在錳鐵樣品中加入不同量的錳標(biāo)準(zhǔn)溶液，利用工作曲線對錳含量進行測定，精密度與回收率結(jié)果見5所示。

表5 精密度與回收試驗結(jié)果 (n=6) %

從表5中可見：用工作曲線測定錳鐵中的錳含量，回收量與加入標(biāo)準(zhǔn)量基本一致。當(dāng)加入標(biāo)準(zhǔn)量在0.000 5%～0.001%時，回收率為94.0%～96.0%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5 %，當(dāng)加入標(biāo)準(zhǔn)量在0.001%～0.005%時，回收率在96.0%～99.0%，相對標(biāo)準(zhǔn)小于3 %。

3 結(jié) 語

本試驗對錳鐵樣品采用微波消解預(yù)處理，具有簡便、快速、試劑用量小等優(yōu)點，隨后利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定樣品溶液中的錳含量。與國家標(biāo)準(zhǔn)方法相比，方法無需提前配置、標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)溶液，共存元素干擾小，具有較好的精密度與準(zhǔn)確度，從而可用于相關(guān)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)控制分析。

[1] 李聿軍，李斌，向華，等. 轉(zhuǎn)爐內(nèi)加錳鐵脫硫的工藝探討和實踐[J]. 山東冶金, 2008, 30(2): 35-36.

[2] 劉偉尚，梁克韜. 鋁錳鐵復(fù)合脫氧合金新產(chǎn)品的開發(fā)試制[J]. 酒鋼科技, 2015(4): 5-8.

[3] 湯天宇，欒秋生，文永才，等. 低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鋁錳鐵脫氧合金化試驗[J]. 鋼鐵釩鈦, 2000, 21(4)：44-49.

[4] 謝志紅，段光斗. 高碳錳鐵冶煉生產(chǎn)節(jié)能減排技術(shù)改進[J]. 中國錳業(yè), 2014, 32(2)：40-42.

[5] GB/T 5686.1-2008 錳鐵、錳硅合金、氮化錳鐵和金屬錳錳含量的測定電位滴定法、硝酸銨氧化滴定法及高氯酸氧化滴定法[S].

Rapid Determination of Manganese in Ferromanganeseby ICP-AES with Microwave Digestion

ZHU Jiang, JIANG Yongqin, LI Rong

(XinjiangVocationalCollegeofLightIndustry,Urumqi,Xinjiang830021,China)

A rapid method of ICP-AES determination with microwave digestion of manganese in ferromanganese was proposed. The conditions of microwave digestion were chosen. The nitric acid, perchloric acid and hydrofluoric acid were selected as digestion solution. The digestion pressure was 6.0 MPa, and the digestion time was 20 min. The samples of manganese and iron contention in pretreatment were respectively determinated in analytical spectral line at the wavelength of 293.06 nm. The determination results of three samples were in agreement with national standard method. The proposed method is simple, rapid and accurate. Therefore, it can be suitable for the analysis of corresponding industrial production control.

Ferromanganese; Microwave digestion; ICP-AES; Manganese content

2017-04-10

朱江(1971-)，男，江蘇南通人，高級講師，研究方向：應(yīng)用化工技術(shù)，手機：18799187007，E-mail：460610026@qq.com.

O657.31

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.053