ICP-AES測定高碳鉻鐵中硅含量

顧占良

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210035）

1 前言

鉻鐵是鋼鐵工業(yè)用的主要合金劑之一，除了主成分鉻與鐵外，還含有碳、硅、硫、磷等雜質(zhì)。高碳鉻鐵合金中除含碳的鉻鐵合金外，還含有復(fù)雜的鉻鐵碳化物。鉻鐵碳化物的存在導(dǎo)致高碳鉻鐵試樣較難溶解，實驗室通常使用微波消解法溶解試樣［1］，GB/T 5687.2—2007 中使用堿溶-高氯酸脫水重量法測定高碳鉻鐵中硅，這兩種方法的分析時間長。本方法使用過氧化鈉堿熔—ICP-AES 法分析高碳鉻鐵中硅，分析周期短，重復(fù)性與再現(xiàn)性均能滿足國標(biāo)要求。

2 實驗部分

2.1 試劑及儀器

實驗試劑：硝酸，純度GR；過氧化鈉，純度AR。實驗儀器：電子分析天平，XS64；ICP-AES 光譜儀，iCAP6300；馬弗爐，ALT-1200。

2.2 試樣溶解

稱取0.100 0 g試樣于盛有2.50 g過氧化鈉的剛玉坩堝中，攪拌均勻，覆蓋0.50 g，放入710±10 ℃的馬弗爐中熔融10 min，取出，稍冷后置于250 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入80 mL熱水浸取，滴加1＋1 硝酸洗凈坩堝，加入50 mL（1＋1）硝酸酸化，于250 mL 容量瓶中稀釋、定容。抽取2.00 mL 于100 mL容量瓶中，加入10 mL（5＋95）硝酸，稀釋定容后于ICP上測定。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.3.1 工作曲線的繪制

按表1稱取相應(yīng)重量，按2.2方法溶解樣品，配制成系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，引入ICP 測定，繪制“濃度-光強(qiáng)”分析曲線。

表1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱樣量及工作曲線中Si含量

2.3.2 分析譜線及儀器參數(shù)設(shè)置

實驗選擇儀器的激發(fā)功率為1 150 W；輔助氣體流量0.5 L/min；霧化器流量0.5 L/min；沖洗時間30 s；泵速50 r/min；積分時間，長波5 s，短波15 s；觀測高度12 mm；Si分析譜線212.4 nm、251.6 nm。

3 結(jié)果與討論

3.1 熔劑的選擇和用量及坩堝的選擇

常規(guī)酸溶難以溶解高碳鉻鐵試樣，采用堿熔法可溶解一些難溶試樣。過氧化鈉是一種強(qiáng)氧性熔劑，對鉻的氧化物和碳化物有很強(qiáng)的分解能力。高碳鉻鐵和高鉻難溶試樣，常用過氧化鈉熔融來溶解試樣［2］。國標(biāo)使用過氧化鈉與碳酸鈉的混合熔劑與試樣在鎳坩堝中進(jìn)行熔融，該種熔樣形式會造成鎳坩堝的腐蝕，引入大量的鎳離子，且熔融后試樣不易脫取。本法使用過氧化鈉與試樣在剛玉坩堝中熔融，引入的鋁離子較少，且熔融后試樣易于脫取。

稱取0.1 g試樣，分別加入2.5、3.5、4.5 g過氧化鈉混勻，分別覆蓋0.5 g過氧化鈉按步驟進(jìn)行熔融，得到的溶液清亮無雜質(zhì)。為降低溶液中過氧化氫及酸化后生成的鈉鹽對分析光強(qiáng)的影響，通過實驗，使用2.5 g過氧化鈉于試樣混勻，覆蓋0.5 g過氧化鈉熔融能獲得好的效果。

3.2 熔融溫度的影響

過氧化鈉堿熔過氧化鈉，熔融10 min時，若溫度低于600 ℃，取出后肉眼可見過氧化鈉顆粒未熔，且試樣難以脫?。蝗魷囟雀哂?00 ℃，剛玉坩堝的表面易脫落且易造成樣品噴濺。最終選定710 ℃為熔融溫度。通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)處理后建成的標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合情況，驗證此溫度下，可將試樣溶解完全。

3.3 酸的影響

通常酸化使用的酸為鹽酸，但在常溫下，鹽酸中氯離子與鈉離子形成的氯化鈉的溶解度較硝酸中硝酸根離子與鈉離子形成的硝酸鈉的溶解度低，使用鹽酸酸化易造成分析儀器進(jìn)液系統(tǒng)內(nèi)鹽類積聚，造成進(jìn)液不穩(wěn)定，進(jìn)而影響分析結(jié)果。

3.4 共存元素的干擾

分析譜線選擇：譜線Si（212.4 nm）、Si（251.6 nm）的干擾譜線對應(yīng)的元素在分析溶液中含量極低，選擇這兩條譜線可消除背景的影響，使靈敏度提高。譜線Si（288.1 nm）的干擾譜線Al（228.145 nm）對背景影響較大（見表2）。

表2 Si譜線干擾波長 nm

3.5 精密度和準(zhǔn)確度

繪制工作曲線，Si（212.4 nm）相關(guān)系數(shù)為0.999 894（見圖1）。

圖1 Si（212.4 nm）工作曲線

按試樣分析方法進(jìn)行測定n=6，測定結(jié)果見表3，RSD在0.59%～1.12%，不同含量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定的重復(fù)性與準(zhǔn)確性均滿足國標(biāo)要求。

表3 方法精密度與準(zhǔn)確度 %

4 結(jié)語

該方法采用過氧化鈉熔融，熱水浸取，硝酸酸化溶解試樣。通過曲線擬合表明，該方法可將試樣溶解完全；通過精密度與準(zhǔn)確度試驗表明，該方法的極差、分析誤差均滿足國標(biāo)GB/T 5687.2—2007《鉻鐵、硅鉻合金和氮化鉻鐵硅含量的測定高氯酸脫水重量法》的重復(fù)性要求，精密度與準(zhǔn)確度滿足要求。