用基準(zhǔn)硝酸鉀校準(zhǔn)-惰氣熔融熱導(dǎo)法測(cè)定鐵合金中氮含量

商 英，張 彬，王彬果，張改梅，趙 靖

（河鋼集團(tuán)邯鋼有限公司技術(shù)中心，河北 邯鄲 056015）

1 前言

惰性氣體熔融熱導(dǎo)法測(cè)定鐵合金中氮含量，具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)迅速、準(zhǔn)確可靠等特點(diǎn)，被國(guó)內(nèi)外廣泛采用。目前現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)中有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等［1-3］。由于標(biāo)示氮含量的鐵合金標(biāo)準(zhǔn)樣品的品種不全，或者有時(shí)難以找到范圍合適的標(biāo)準(zhǔn)樣品，如果在校驗(yàn)儀器時(shí)使用其他合金標(biāo)樣，就會(huì)存在基體或含量范圍不一致的問題，不能滿足日常檢驗(yàn)需求。方法的準(zhǔn)確度直接依賴于標(biāo)準(zhǔn)樣品的可信程度，為了提高數(shù)據(jù)管控能力，保證測(cè)量結(jié)果的一致性和量值溯源性［4-5］，本實(shí)驗(yàn)采用基準(zhǔn)硝酸鉀來制備校準(zhǔn)樣品，用惰性氣體熔融熱導(dǎo)法測(cè)定鐵合金中氮含量。針對(duì)產(chǎn)品研發(fā)和工藝研究部門提出的檢測(cè)需求，以氮含量較低的釩鐵標(biāo)樣和電解錳、鈦鐵試樣作為待測(cè)樣品，開展了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)精密度和準(zhǔn)確度結(jié)果滿意，能夠?yàn)樯a(chǎn)冶煉、優(yōu)化煉鋼工藝提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

2 試驗(yàn)部分

2.1 儀器和試劑

儀器：LECO TCH600型氧氮?dú)渎?lián)測(cè)儀。

輔料試劑：高純石墨坩堝（Φ13 mm×20 mm），錫囊（Φ5 mm×11 mm），鎳籃（Φ7 mm×11 mm），高純氦氣（總雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜0.000 5%），氧化銅（粒狀），無水高氯酸鎂（粒度為1.2～2 mm），氫氧化鈉（粒度為0.7～1.2 mm），玻璃棉。

校準(zhǔn)物質(zhì)：基準(zhǔn)硝酸鉀。

2.2 試驗(yàn)方法

用分析天平稱取一定量的試樣于錫囊中，壓緊擠出囊內(nèi)空氣，包卷后放入鎳籃中，點(diǎn)擊天平或手動(dòng)輸入重量，在選定的分析通道和測(cè)量條件下按程序進(jìn)行測(cè)量?？鄢瞻字岛螅玫臉?biāo)準(zhǔn)樣品校正工作曲線，儀器自動(dòng)計(jì)算出試樣中氮的含量。

3 結(jié)果與討論

3.1 對(duì)校準(zhǔn)樣品的討論

稱重在0.01～0.02 g 的釩鐵、電解錳、鈦鐵，氮釋放為50～150 個(gè)強(qiáng)度單位，而稱重0.01 g 硝酸鉀時(shí)，氮釋放達(dá)到5 000～10 000 個(gè)強(qiáng)度單位，因此采取放大輸入質(zhì)量的方法測(cè)定氮含量，分析誤差也會(huì)相應(yīng)增大。為使標(biāo)準(zhǔn)的量值滿足生產(chǎn)和校正儀器的需要，本實(shí)驗(yàn)用硝酸鉀溶液來建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。具體是將基準(zhǔn)硝酸鉀配制成一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后用微量移液器吸收移取，制成低、中、高含量形成梯度系列的氮校準(zhǔn)樣品。

3.2 儀器分析條件

鐵合金熔點(diǎn)較高，氮的釋放較為困難，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定了儀器分析條件：分析時(shí)間70 s；比較器水平2.00%；脫氣功率5 500 W；分析功率4 800 W。

3.3 助熔劑的選擇

采用錫囊包裹有利于避免粉末樣品的遺失或飛濺。為了完全釋放樣品中的氮，使用鎳作為助熔劑，以達(dá)到較高的分析溫度。將已裝填好試樣的錫囊嵌入鎳籃中，即共同使用錫囊與鎳籃作助熔劑時(shí)，試樣投放順利，氮的釋放完全，熔體光滑均勻。

3.4 空白試驗(yàn)

按2.2 章節(jié)的試驗(yàn)方法，以空錫囊和鎳籃作為空白試樣，進(jìn)行5 次連續(xù)測(cè)定，取其平均值作為空白測(cè)定值，實(shí)驗(yàn)中所有測(cè)定結(jié)果均已扣除空白值。

3.5 試樣用量

在分析鐵合金的過程中，稱樣量過多會(huì)導(dǎo)致燃燒不充分，氮不能完全釋放，稱樣量過少時(shí)缺乏代表性，而且稱量誤差對(duì)結(jié)果會(huì)造成很大的影響?？紤]到鐵合金多數(shù)為耐熱合金，將稱樣量控制在0.01～0.02 g時(shí)，氮元素可以得到完全釋放，并且易于獲得穩(wěn)定的分析結(jié)果。

3.6 硝酸鉀儲(chǔ)備液的配制

3.6.1 硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液2 500 μg/mL

將基準(zhǔn)硝酸鉀（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99.9%）于100～105 ℃干燥2 h，置于干燥器中冷卻。稱取硝酸鉀1.8 046 g（精確至0.1 mg），溶于約50 mL 水中，移入100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，得到硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液2 500 μg/mL。

3.6.2 硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液50 μg/mL和250 μg/mL

從3.6.1 章節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)溶液中分別移取2 mL 和10 mL至1#和2#100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，得到1#和2#硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，相當(dāng)于氮的含量分別為50 μg/mL和250 μg/mL。

3.6.3 系列校準(zhǔn)標(biāo)樣的制備

用微量移液器從1#和2#硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液中分別移取一定量硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（見表1）至錫囊中，于90～95 ℃干燥1 h，壓緊擠出囊內(nèi)空氣，包卷后放入鎳籃中待用。

表1 系列標(biāo)準(zhǔn)溶液

3.7 校準(zhǔn)儀器

測(cè)量校準(zhǔn)標(biāo)樣后選擇線性模式對(duì)儀器進(jìn)行校正，得到校準(zhǔn)曲線方程y=1.128 44x+0.005 018。

3.8 精密度試驗(yàn)

在建立的分析方法和工作曲線基礎(chǔ)上，對(duì)有氮含量標(biāo)示值的釩鐵標(biāo)樣和鈦鐵、電解錳待測(cè)樣品分別進(jìn)行8 次獨(dú)立測(cè)定，計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（如表2 所示），RSD＜5%，表明方法具有良好的精密度和重現(xiàn)性。

表2 鐵合金樣品分析結(jié)果 %

3.9 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)

以硝酸鉀作為底樣，分別加入電解錳和鈦鐵試樣來驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性。先從2#儲(chǔ)備液分別移取30 μL、50 μL各5個(gè)于錫囊中100～105 ℃干燥1 h，作為相當(dāng)于氮含量0.075%、0.125%的底樣，再分別加入已測(cè)定氮含量的電解錳和鈦鐵樣品，計(jì)算氮的回收率。

如表3所示，加標(biāo)回收率在98.2%～102.5%，以基準(zhǔn)硝酸鉀制成的不同含量校準(zhǔn)樣品作為參考物質(zhì)建立分析方法和工作曲線，對(duì)電解錳和鈦鐵的測(cè)定值結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

表3 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn) %

4 結(jié)語

在惰性氣體熔融熱導(dǎo)法測(cè)定鐵合金中氮含量時(shí)，采用基準(zhǔn)硝酸鉀校準(zhǔn)及監(jiān)控儀器，在缺少標(biāo)樣的情況下，不僅能確保量值溯源性，而且能夠根據(jù)試樣的不同范圍制備適合含量的校正標(biāo)樣。由于工作曲線穩(wěn)定性好，在日常分析檢測(cè)時(shí)，一般只需進(jìn)行驗(yàn)證分析或漂移校正即可，而且校準(zhǔn)樣品制備簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，具有很好的準(zhǔn)確度和精密度，可應(yīng)用于日常分析檢測(cè)。