電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鉬鐵中硅、錳、鉻、鎳元素

張鳳萍， 馬 駿， 王振宇， 董治漩， 田艷青， 崔 健

(太原重型機(jī)械集團(tuán)公司,山西 太原 030024)

鉬鐵是主要由鉬和鐵組成的鐵合金，一般含50%～60%鉬，及碳、硫、磷、硅、鉻、錳、鎳、銻、銅等雜質(zhì)元素。鉬鐵被廣泛地應(yīng)用于不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼和工具鋼，以及具有特殊物理性能的合金鋼的冶煉中，一般用作煉鋼的合金添加劑，加入鉬可增大其強(qiáng)度和耐磨性[1-2]。

鉬鐵化學(xué)元素含量的合理配比對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有著重要作用。高鐵車輪是世界公認(rèn)的技術(shù)尖端產(chǎn)品，其必須具有很高的強(qiáng)韌性、耐磨性、抗剝離性，對(duì)夾雜物級(jí)別要求嚴(yán)格，很小的內(nèi)部缺陷都會(huì)導(dǎo)致疲勞裂紋的產(chǎn)生。目前，我國(guó)大批的鋼輪仍有賴進(jìn)口。鋼輪要實(shí)現(xiàn)我國(guó)自主生產(chǎn)，對(duì)冶煉原材料鉬鐵化學(xué)成分的質(zhì)量的嚴(yán)格控制是其關(guān)鍵技術(shù)之一。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法因其靈敏度高、速度快、具有同時(shí)測(cè)定多種元素等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)分析，為了達(dá)到快速準(zhǔn)確測(cè)定的目標(biāo)，本文應(yīng)用等離子體光譜法對(duì)鉬鐵中微量元素測(cè)定方法進(jìn)行了研究與實(shí)驗(yàn)[3-5]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及工作條件

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀，美國(guó)熱電公司，儀器類型：iCAP-6300MFC全譜直讀臺(tái)式ICP-OES光譜儀；波長(zhǎng)范圍：166 nm～845 nm全波長(zhǎng)覆蓋；分辨率≤0.007 nm(200 nm處的光學(xué)分辨率)；等離子觀測(cè)方式：垂直觀測(cè)高度12 mm；等離子源：輸出功率：750 kW～1 500 kW；工作條件:最大積分時(shí)間30 s;短波段5 s;RF功率1 150 W；氣體控制：霧化器流量：0.70 L/min;輔助氣流量0.5 L/min；泵速：沖洗泵速50 r/min；分析泵速50 r/min；元素譜線：待測(cè)元素的分析線波長(zhǎng)如第 頁(yè)表1所示。電子天平：AE204,

1.2 試劑

硝酸(濃)、鹽酸(濃)。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：鉬鐵(YSBC28631-2010;YSBC28632-2010;YSBC37652-2010;YSBC37653-2010;YSBC18605-2008;GBS(E)ZBT379等)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品溶液的制備

準(zhǔn)確稱取試樣0.200 0 g，放入150 mL錐形瓶中，根據(jù)不同的材料加入不同比例的溶解酸，加入硝酸10 mL，鹽酸10 mL，高氯酸2 mL，低溫加熱，冒完黃煙，待試樣溶解成透明液體后，取下稍冷，加少量的水，待試樣溶液冷卻后，加蒸餾水或去離子水轉(zhuǎn)入100 mL容量瓶中定容，混勻，在電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀上進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

選擇一系列與樣品基體匹配的標(biāo)鋼，按照樣品溶液的制備方法制備一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.3.3 實(shí)驗(yàn)操作步驟

打開儀器，驅(qū)氣后，點(diǎn)擊“等離子源設(shè)置”設(shè)置分析參數(shù)(如1.1所述)、重復(fù)次數(shù)、樣品清洗時(shí)間、積分時(shí)間，設(shè)置清洗泵速和分析泵速、RF功率、霧化器壓力，輔助氣流量，觀測(cè)高度12 mm。

選擇標(biāo)準(zhǔn)中所含有的元素及所需的譜線(如表1所示)，輸入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)元素含量，編輯方法后，即可直接進(jìn)入分析程序，分析標(biāo)準(zhǔn)樣品及待測(cè)樣品，建立工作曲線。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

采用具有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)證書的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(基體與試樣基本相近的標(biāo)鋼)，按照上述方法溶解后，稀釋到100 mL容量瓶中，搖勻，配制成一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，用等離子體原子發(fā)射光譜儀進(jìn)行光譜測(cè)定，點(diǎn)擊“儀器”，選擇“執(zhí)行自動(dòng)尋峰”。點(diǎn)擊“標(biāo)準(zhǔn)化”圖標(biāo)，打開標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)話框，依次運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)樣品，點(diǎn)擊“完成”。點(diǎn)擊“未知樣品”圖標(biāo)，依次分析待測(cè)樣品。

打開譜圖，察看譜峰是否有干擾，某些干擾可通過(guò)移動(dòng)譜峰和背景的位置來(lái)消除，需要點(diǎn)擊“更新方法”。建立工作曲線：以標(biāo)準(zhǔn)溶液元素的光譜發(fā)射強(qiáng)度比為縱坐標(biāo)，元素的質(zhì)量濃度含量為橫坐標(biāo)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪制工作曲線。以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示元素的含量，計(jì)算線性回歸相關(guān)系數(shù)，R>0.999為合格。測(cè)量樣品時(shí)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)給出樣品元素的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 檢測(cè)波長(zhǎng)的選擇

從ICP光譜儀譜線數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)譜線干擾元素和譜線強(qiáng)度，在光譜儀最佳的工作條件下，通過(guò)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液繪制譜圖，最終選擇譜圖好、峰形穩(wěn)定、背景值低的譜線，作為本方法的檢測(cè)波長(zhǎng)，如表1。

表1 分析元素譜線

2.2 溶解酸的選擇

溶液的酸度及酸的種類影響試樣霧化率，盡量不選擇黏稠的溶解酸，本文采用硝酸、鹽酸等低溫溶解試樣，溶樣徹底，解決了試樣預(yù)處理問(wèn)題。

2.3 基體效應(yīng)消除

試液中如果基體不同，基體效應(yīng)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果不一致。本文采取了與試樣基體相匹配的標(biāo)鋼溶解液作為標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制工作曲線，這樣能有效地消除基體效應(yīng)。

2.4 光譜干擾實(shí)驗(yàn)

鉬鐵中主元素是鉬、鐵，雜質(zhì)元素有磷、硅、鉻、錳、鎳、銻、銅等，對(duì)測(cè)定元素會(huì)有干擾。本文用有干擾元素存在的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作工作曲線，采用基體匹配法與回歸分析方法,選擇合適的等離子體光譜儀工作條件，進(jìn)行合理的背景扣除來(lái)消除干擾因素。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定結(jié)果

選取標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為分析試樣，按照實(shí)驗(yàn)方法平行測(cè)定10次，計(jì)算測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3%。

表2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析結(jié)果

2.6 檢出限

按照上述實(shí)驗(yàn)操作步驟，應(yīng)用所建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線，測(cè)定空白溶液11次，測(cè)定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為檢出限，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2，方法檢出限(n=11)小于0.005%。

2.7 精密度與回收實(shí)驗(yàn)

稱取一個(gè)樣品3份，每份加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算回收率(%)。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 精密度與回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.8 樣品分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到儀器最佳工作條件，對(duì)鉬鐵樣品中鉻、錳、鎳、硅微量元素進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定了元素的檢出限，進(jìn)行了干擾實(shí)驗(yàn)，精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD(n=10)小于3%，采用基體匹配法繪制工作曲線，各元素工作曲線的線性相關(guān)系數(shù)大于0.999 0,建立了ICP-AES法測(cè)定鉬鐵中微量元素的分析方法。本方法準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便、快速，測(cè)量范圍(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為鉻0.005 0%～5%；錳0.01%～10%；鎳0.01%～5%；硅0.01%～4%。

3 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)方法用于原材料物質(zhì)分析,測(cè)定偏差在允許差范圍內(nèi),方法檢出限小于0.003%,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定值與認(rèn)定值相符,與傳統(tǒng)方法相比，檢測(cè)周期短，精密度高，溶解試樣徹底，不需多次分解試樣，簡(jiǎn)化了分析程序，避免使用高污染性酸，減少了污染。本方法用于實(shí)踐操作性強(qiáng)，滿足了鋼輪、核電等產(chǎn)品對(duì)原材料的化學(xué)成分嚴(yán)格控制的要求，能有效防范原材料帶來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)。