電感耦合等離子發(fā)射光譜法測定鐵基粉末冶金中的鈣元素

葉 楓，陳旺湘

(1.浙江義利汽車零部件有限公司，浙江 義烏 322000; 2.浙江吉利動力總成有限公司，浙江 寧波 315800)

粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末與非金屬粉末混合物作原材料，經(jīng)過成形后并燒結(jié)，制造金屬材料、復合材料和各種類型制品的工藝技術(shù).為了提高成型品的耐磨程度，需要降低鋼中的點狀夾雜物.在粉末冶金成型品中，特別是汽車零部件座圈，鈣元素及化合物是造成點狀夾雜物的主要物質(zhì).因而需要開發(fā)一種快速、準確檢測粉末冶金中鈣元素含量的方法.

目前測試鐵基金屬中鈣元素的方法有：火焰原子吸收光譜法(FAAS)[1-2]、石墨爐原子吸收光譜法(GFAAS)[3-4]、電感耦合等離子發(fā)射光譜法(ICP-OES)[5-6]和電感耦合等離子發(fā)射光譜質(zhì)譜法(ICP-MS)[7]等.與其它檢測方法相比，ICP-OES法能同時測定多種微量元素，具有工作效率高、檢出限低、線性范圍廣、化學干擾少和精確度高等優(yōu)點，是目前使用十分普遍，性價比較高的檢測方法.本文使用ICP-OES測定鐵基粉末冶金中的鈣元素，通過研究不同前處理方法對樣品的溶解情況，討論各種因素導致的干擾，最終確立了較佳的測定條件.該檢測方法具有操作快速簡單、經(jīng)濟性強、準確性高和高靈敏度等優(yōu)勢.

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

電感耦合等離子發(fā)射光譜儀：iCAP-7000，賽默飛世爾科技公司；電子分析天平：BSA124S型，德國賽多利斯股份公司；電熱板：DB-型數(shù)顯電熱板，上海科恒實業(yè)發(fā)展有限公司.

鈣標準溶液：1 000 mg/L，鋼研納克檢測技術(shù)有限公司 GBW(E)082165；鹽酸：國藥集團化學試劑有限公司，分析純，500 mL；硝酸：無錫市晶科華工有限公司，分析純，500 mL；鐵粉樣品：鋼研納克檢測技術(shù)有限公司GBW01402f；座圈樣品：安慶環(huán)新汽車零部件有限公司.

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品的制備

將樣品放入箱式電阻爐內(nèi)，在400～500 °C下退火去油處理，冷卻后將表面氧化層除去，剪碎至粒徑小于2～3 mm.稱取樣品0.1 g(精確至0.000 1 g)置于100 mL錐形瓶內(nèi)，使用移液管在錐形瓶內(nèi)添加10 mL王水，在電熱板上加熱溶解后，滴加2 mL H2O2,繼續(xù)加熱至溶液澄清，取下冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶中，用水洗滌并定容到刻度，搖勻備用.

1.2.2 標準溶液的制備

稱取0.09 g(精確至0.000 1 g)高純鐵粉(99.9%)5份，依次加入到100 mL錐形瓶中，加入 10 mL王水,在電熱板上加熱溶解后，滴加2 mL H2O2,繼續(xù)加熱至溶液澄清，取下自然冷卻到室溫，轉(zhuǎn)移到100 mL的容量瓶中，搖勻備用.

1.2.3 標準曲線的繪制

在備用的標準溶液中加入Ca元素標準溶液(1 000 mg/L)，體積分別為0.05、0.1、0.2、0.5、1.0 mL，用水洗滌并定容到刻度,配制成質(zhì)量濃度分別為0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 mg/L的校準曲線.取橫坐標為被測物濃度，縱坐標為分析線強度，其相關(guān)系數(shù)為0.999 9.同時做空白試驗，使用ICP-OES測定，外標法定量.

1.3 儀器條件

高效旋流霧室，同心霧化器(玻璃).儀器工作參數(shù)如表1所列.

2 結(jié)果與討論

2.1 試樣消解方式的選擇

常見的溶解鐵基金屬的消解試劑配比方法有：(1)HNO3，(2)王水，(3)王水+H2O2.由于各種無機酸的黏度、密度等物理特性不同,加入量的不同將影響譜線強度.各種無機酸對譜線的影響，經(jīng)過多次試驗，發(fā)現(xiàn)使用(1)和(2)方法時，消解較緩慢且溶液中會有懸浮物無法消解.使用(3)方法能使金屬完全溶解，懸浮物消失溶液清亮等特點(參數(shù)如表2所列)，并且具有簡單、快速、穩(wěn)定性好等優(yōu)點.因此，本文選擇王水+H2O對零部件座圈進行消解，能取得很好的效果.

表2 溶樣酸對試樣溶解的影響

2.2 分析譜線的選擇及干擾的消除

2.2.1 分析譜線的選擇

ICP-OES在分析試樣時主要干擾來自光譜干擾，其產(chǎn)生原因是由于分析物輻射和其他元素的輻射沒能徹底分離，因此對于譜線的選擇非常重要.分析譜線的選擇直接影響到測定結(jié)果的準確性,粉末冶金中影響Ca元素的共存元素較多，由于Ca元素譜線為離子體,因此選擇合適的譜線, 可以避免其他元素譜線的干擾,從而極大的提高分析結(jié)果的準確性.

在譜線庫中，通過比較強度、峰值和相對干擾情況(如表3所列).以選擇干擾少、強度大譜線的原則，Ca(396.847)作為分析譜線最為合適，可在多次實驗校正后發(fā)現(xiàn)：Ca(396.847)的強度值太大，容易超出儀器自帶線性.

綜上，只有Ca(422.673)處基體干擾單一且較弱，所以選用Ca(422.673)作為最佳分析譜線，396.847作為次級譜線.

表3 各特征波長對應其干擾情況

2.2.2 干擾的消除

通過選擇最佳分析譜線和在標準溶液中添加純鐵溶液使其達到基體匹配，標準溶液基體與被測金屬基體盡量的相近來消除干擾.配置基體匹配的標準溶液，將RF的功率增加至1 250 W，將霧化器流速減弱至0.8 L/min，通過增加儀器功率及減少載氣流量可削弱電離干擾[8].

2.3 精密度和回收率

2.3.1 精密度

使用本文試驗方法下得到的溶液，連續(xù)測試10次，進行精密度考察，測定座圈樣品中鈣含量，其結(jié)果滿足測試要求，相對標準偏差RSD為0.14%(如表4所列).

表4 精密度測試結(jié)果(n=10)

2.3.2 回收率

用測定加標回收率來評價試驗方法的準確度并進行驗證.對座圈進行3水平的加標回收測試，結(jié)果如表5所列.由表5可知，回收率在98%～105%之間，其準確度符合分析的要求.

表5 加標回收測試結(jié)果

3 結(jié)論

本文研究了使用王水和H2O2以及電熱板加熱消解的前處理條件下，利用ICP-OES測試鐵基粉末冶金中鈣元素的方法.試驗結(jié)果表明，測定座圈中Ca元素含量的相關(guān)系數(shù)為0.999 9，其加標回收率在98%～105%之間，測定結(jié)果的RSD為0.14%.該法具有前處理步驟簡單、經(jīng)濟、基體效應干擾小、重現(xiàn)性高和加標回收率高等優(yōu)點，可以滿足日常分析檢測要求.