ICP-OES法測定碳化鎢中的高含量鉻

陳煥濤，李盛意

（廣東翔鷺鎢業(yè)股份有限公司，廣東 潮州515633）

0 引言

碳化鎢粉主要用于生產(chǎn)硬質(zhì)合金，廣泛用于軍工、航天航空、機械加工、冶金、石油鉆井等領(lǐng)域。納米晶硬質(zhì)合金是近年來發(fā)展起來的工具材料，在添加適當黏結(jié)劑和晶粒長大抑制劑的條件下，能生產(chǎn)出的具有高硬度、高耐磨性和高韌性的硬質(zhì)合金材料，其性能比常規(guī)硬質(zhì)合金明顯提高，在難加工金屬材料刀具、電子行業(yè)的微型鉆頭、精密模具、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域已呈現(xiàn)出越來越廣泛的用途[1]。碳化鎢中的摻雜元素對硬質(zhì)合金產(chǎn)品性能有著很大的影響[2-9]。目前對碳化鎢或硬質(zhì)合金中摻雜元素的測定基本采用化學(xué)分析方法或原子吸收法[10-12]，這些方法使用試劑較多，過程比較煩瑣。也有采用X射線熒光光譜法[13]，但此法因為需要用到價格昂貴的X射線熒光光譜儀，所以普及率很低。另有采用ICP-AES分析碳化鎢中的高含量釩、鉻、鈷[14]，此方法對于鉻的摻雜量在1%以下時比較準確，但對于鉻摻雜量1%以上結(jié)果經(jīng)常會出現(xiàn)偏低。實驗采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定碳化鎢中的摻雜鉻含量，樣品采用硫酸、磷酸、混合酸（3體積濃硝酸+1體積濃磷酸）消解，對鉻摻雜量1%以上的樣品進行測試，進行了精密度和準確度實驗。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

Plasma1000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（北京納克分析儀器有限公司）；磷酸（密度1.67 g/mL，分析純）；硫酸（密度1.84 g/mL，分析純）；硝酸（密度1.42 g/mL，分析純）；混合酸（3體積濃硝酸+1體積濃磷酸）；基體：碳化鎢粉；鉻標準儲備溶液：國家有色金屬及電子材料分析測試中心，濃度10 mg/mL。

1.2 鉻標準溶液

取150 mL燒杯4個，各燒杯中分別稱量碳化鎢粉0.500 0 g，加5 mL磷酸、5 mL硫酸，放電熱板上加熱至冒白煙，夾下，慢慢滴加10 mL混合酸，待反應(yīng)不再劇烈后，加適量水，置于電熱板上加熱至試樣溶解清亮，冷卻至室溫，分別移取0.0 mL，0.4 mL，0.8 mL，1.2 mL鉻標準儲備溶液到燒杯中，將燒杯中的溶液移入100 mL容量瓶，純水定容，搖勻。此標準溶液鉻含量分別為0μg/mL，40μg/mL，80μg/mL，120μg/mL。

1.3 分析步驟

稱0.500 0 g試樣置于150 mL燒杯中，加5 mL磷酸、5 mL硫酸，放電熱板上加熱至冒白煙，夾下，慢慢滴加10 mL混合酸，待反應(yīng)不再劇烈后，加適量水，置于電熱板上加熱至試樣溶解清亮，夾下冷卻至室溫，將燒杯中的溶液移入100 mL容量瓶中，純水定容，搖勻，慢速濾紙干過濾，連同標準溶液采用ICP-OES法進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫酸、磷酸用量試驗

平行稱3份鉻含量高的碳化鎢樣品，分別加入5 mL硫酸+5 mL磷酸；7.5 mL硫酸+7.5 mL磷酸；10 mL硫酸+10 mL磷酸，置于電熱板上加熱至冒白煙，夾下，慢慢滴加10 mL混合酸，待反應(yīng)不再劇烈后，加適量水，置于電熱板上加熱至試樣溶解，溶解情況見表1。

表1 硫酸、磷酸用量方案及溶解情況 mLTab.1 Dosage plan and dissolution of sulfuric acid and phosphoric acid

加入硫酸和磷酸的量太小不能覆蓋樣品，溶解效果差。10 mL以上的酸能覆蓋樣品，三種加酸量都能良好的溶解樣品，但加酸量越大，溶液黏度越大，蠕動泵提升效果較差，霧化器霧化效果也較差。故實驗選擇5 mL硫酸+5 mL磷酸用量。

2.2 溶解時間的選擇

平行稱3份鉻含量高的碳化鎢樣品，各加入5 mL硫酸+5 mL磷酸，置于電熱板上加熱至冒白煙，夾下，慢慢滴加10 mL混合酸，待反應(yīng)不再劇烈后，加適量水，置于電熱板上分別加熱溶解5 min、10 min、15 min，樣品均能完全溶解，為節(jié)省能耗，實驗選擇5 min溶解時間。

2.3 溶解溫度的選擇

平行稱3份高含量鉻的碳化鎢樣品，各加入5 mL硫酸+5 mL磷酸，分別置于150℃、175℃、200℃、225℃的電熱板上加熱至冒白煙，夾下，慢慢滴加10 mL混合酸，待反應(yīng)不再劇烈后，加適量水，再分別置于150℃、175℃、200℃、225℃的電熱板上加熱溶解5 min，溶解情況見表2。

表2 溶解溫度及溶解情況Tab.2 Dissolution temperature and dissolution status

溫度太低未能完全溶解，溫度太高則容易因反應(yīng)過快導(dǎo)致樣品溶液噴濺甚至導(dǎo)致危險情況發(fā)生，200℃的溶解溫度保證了溶解效果和適當?shù)姆磻?yīng)效率，故選擇200℃作為溶解溫度。

2.4 分析譜線的選擇

由于樣品的主要成分是碳化鎢，溶解后試液中含有大量的鎢基體，鎢的譜線非常豐富，對鉻的很多條譜線都有明顯的干擾，通過對鉻元素多條譜線進行考察，分析各條譜線受基體干擾的情況和信噪比，最終選擇了鉻206.149 nm這條譜線作為分析譜線。鉻的分析譜線如圖1所示，分析譜線是40μg/mL，80μg/mL，120μg/mL鉻標準系列的疊加圖，可以看出干擾峰跟目標峰能明顯分離，通過合適的扣除背景可以避免干擾。

圖1 鉻的分析譜線Fig.1 Analytical spectrum of chromium

2.5 儀器參數(shù)的確定

由于此方法主要針對碳化鎢中鉻含量高的測定，待測元素上機濃度較高，達到幾十甚至上百微克每毫升，根據(jù)長期實踐得知，按照儀器推薦的參數(shù)即可滿足分析要求，選擇功率為1.2 kW，霧化器壓力為0.2MPa，進樣泵速為20r/min，積分時間為200ms，冷卻氣流量15 L/min，輔助氣流量0.5 L/min，觀測高度12 mm。

2.6 工作曲線和測定上限

以濃度為橫坐標，強度為縱坐標，把鉻標準溶液在設(shè)定的儀器條件下繪制工作曲線，鉻的標準曲線如圖2所示。

工作曲線的線性相關(guān)系數(shù)達到0.999以上，說明在此區(qū)間內(nèi)線性良好，滿足檢測要求。根據(jù)標準曲線的最高濃度點計算，鉻的檢測上限可高達到2.4%，能滿足碳化鎢中高含量鉻的檢測要求。

圖2 鉻的標準曲線Fig.2 Standard curve of chromium

2.7 精密度實驗

平行稱鉻摻雜量為1.12 %的碳化鎢樣品10份，按1.3節(jié)分析步驟進行操作，測定結(jié)果見表3。

表3 精密度試驗結(jié)果Tab.3 Precision test results

結(jié)果表明，10個平行樣品的結(jié)果相對標準偏差RSD小于1%，精密度高，能滿足生產(chǎn)需要。

2.8 方法準確度實驗

稱取鉻摻雜量為1.12 %的碳化鎢樣品WC04和WC05各2份平行樣，按1.3節(jié)分析步驟進行操作，測定結(jié)果見表4。

表4 方法準確度試驗結(jié)果Tab.4 Testing results for method accuracy

結(jié)果表明，相對偏差小于3%，結(jié)果準確，能滿足生產(chǎn)需要。

3 結(jié)論

采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜測定碳化鎢中的摻雜鉻含量，用硫酸、磷酸、混合酸對樣品進行有效溶解，在儀器推薦參數(shù)下進行分析，試劑簡單易得，譜線干擾容易消除，工作曲線線性好，試驗相對標準偏差小于1%。結(jié)果表明該方法精密度高、準確性好、快速便捷，能滿足碳化鎢中高含量鉻的快速檢測。