ICP-OES法測定硅鈣合金中鐵含量的試驗(yàn)研究

田小亭，王 凡，溫鐵麗，叢琳琳

(內(nèi)蒙金屬材料研究所，內(nèi)蒙古 包頭 014034)

硅鈣合金是一種較理想的復(fù)合脫氧劑、脫硫劑。硅鈣合金不僅脫氧能力強(qiáng)，脫氧產(chǎn)物易于上浮，易于排出，而且還能改善鋼的性能，提高鋼的塑性、沖擊韌性和流動(dòng)性。硅鈣合金除脫氧和凈化作用外，還起孕育作用，有助于形成細(xì)?；蚯驙钍皇够铱阼T鐵中石墨分布均勻，降低白口傾向；且能增硅、脫硫，改善鑄鐵質(zhì)量。

硅鈣合金中鐵元素檢測無國家標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)室以重鉻酸鉀容量法檢測為主，此方法檢測周期長、操作繁瑣，不能更好更快地服務(wù)客戶。ICP法具有檢出限低、線性范圍寬、光譜干擾少、精密度好、檢測速度快等優(yōu)點(diǎn)[1]。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

iCAP7400型全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國熱電；儀器控制軟件TEVA。

儀器主要參數(shù)：工作高頻27.12 MHz，輸出功率1150 W，冷卻氣流量16 L/min，輔助氣流量0.5 L/min，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速 100 r/min，垂直觀察高度15 mm，霧化器壓力26 psi，積分時(shí)間：長波15 s，短波30 s。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

硝酸，ρ=1.42 g/mL；氫氟酸，ρ=1.15 g/mL；高氯酸， ρ=1.67 g/mL；鹽酸，ρ=1.19 g/mL；鈣基體溶液， 12 mg/mL：稱取3.0000 g碳酸鈣(純度99.9%)，置于100 mL燒杯中，加入20 mL水，滴加鹽酸到完全溶解，再加10 mL鹽酸，煮沸除去CO2，冷卻至室溫，移入100 mL容量瓶中，稀釋至刻度，混勻；鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，1000 μg/mL，直接購買。所用試劑均為分析純。

1.3 樣品溶液的制備

準(zhǔn)確稱取0.1000 g，粒度不大于0.125 mm的試樣。隨同試樣做空白。將試樣置于200 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入 10 mL硝酸，滴加10 mL氫氟酸[2-6]，因反應(yīng)劇烈，邊加邊搖動(dòng)，至試樣溶解完全，加入5 mL高氯酸冒煙至近干，取下冷卻，用少量水沖洗杯壁，加5 mL鹽酸，加熱溶解鹽類，冷卻至室溫。將試液過濾至100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

1.4 工作曲線的配制

硅鈣合金硅為主含量，加氫氟酸，高氯酸冒煙，可消除其基體干擾[7-8]；鈣元素的干擾通過基體匹配進(jìn)行消除，按照鈣含量30%進(jìn)行基體匹配。

取2.5 mL鈣基體溶液于100 mL容量瓶中，加入鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，工作曲線濃度為20 μg/mL、40 μg/mL、60 μg/mL、80 μg/mL、120 μg/mL、140 μg/mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析譜線的選擇

ICP靈敏度高，線性范圍寬，每個(gè)元素有很多條譜線，選擇合適的譜線非常重要，元素含量高的選擇低強(qiáng)度譜線，元素含量低的選擇高強(qiáng)度譜線。選取兩個(gè)硅鈣合金標(biāo)樣，選取鐵元素四條分析線進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 分析譜線試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Analysis of spectral line test results

由表1結(jié)果可知，低強(qiáng)度譜線239.562、240.488結(jié)果準(zhǔn)確度低于高強(qiáng)度譜線259.940、238.204?？紤]被測元素含量及準(zhǔn)確度，選擇譜線259.940 nm作為分析譜線。

2.2 試樣分解研究

試樣的消解是成分分析檢測試驗(yàn)的關(guān)鍵。按試驗(yàn)方法分別加入不同比例的硝酸、氫氟酸、高氯酸、鹽酸對(duì)試樣的消解效果進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明硝酸用量10 mL、氫氟酸用量 10 mL、高氯酸用量5 mL，鹽酸用量5 mL、測定結(jié)果比較穩(wěn)定。溶樣時(shí)，加熱板溫度不宜過高，否則酸蒸發(fā)過快，試樣來不及消解完全，造成測試結(jié)果偏低。

2.3 稱樣量的研究

國標(biāo)要求稱樣量是一個(gè)特定的值或者一個(gè)小區(qū)間的特定范圍。稱樣量小，有利于樣品的消解，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致所分析的樣品欠缺足夠的代表性；而稱樣量大，會(huì)增加消解酸的用量，且不利于樣品在酸溶液中的分散。在保證結(jié)果準(zhǔn)確度的前提下，選擇合適的稱樣量即有利于樣品消解又有利于節(jié)能減耗。選取不同稱樣量對(duì)標(biāo)樣進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 稱樣量試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of sample weighing test

如表2所示，稱樣量不同測試結(jié)果基本一致。說明本實(shí)驗(yàn)擬合的試樣分解方法不僅能充分滿足檢測員在稱樣時(shí)的稱樣量選擇度，而且還能滿足含F(xiàn)e量更高的硅鈣合金的檢測任務(wù)。但為了保證選樣的代表性，此處建議稱樣量選擇為0.1000 g。

2.4 分析譜線的線性方程、相關(guān)系數(shù)、線性范圍

選取鐵元素譜線259.940 nm，設(shè)定儀器工作條件，測定打底工作曲線，如圖1所示。

圖1 工作曲線Fig.1 working curve

由圖1可知，鐵元素相關(guān)系數(shù)在0.999以上，符合ICP的要求。曲線濃度超出120 μg/mL時(shí)，曲線略有彎曲，按照曲線走勢，超出最高點(diǎn)140 μg/mL時(shí)，不成線性，此方法最高可檢測Fe含量140 μg/mL，換算成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%。

2.5 方法準(zhǔn)確度及精密度

按照上述條件試驗(yàn)的最優(yōu)方案，對(duì)硅鈣合金國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)010295和GSB03-2197-2008進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)照表Table 3 Table with the values specified in test results

由表3可知，兩個(gè)硅鈣標(biāo)樣的十一組測定值與標(biāo)準(zhǔn)值最大誤差均不超過標(biāo)準(zhǔn)值的5%，準(zhǔn)確度符合化學(xué)分析方法的一般要求。經(jīng)過計(jì)算GBW(E)010295和GSB03-2197-2008兩個(gè)標(biāo)樣相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.488%和0.289%，符合化學(xué)分析方法的一般要求，說明該試驗(yàn)擬合的整套分析方法對(duì)于硅鈣合金中Fe元素檢測具有很好的應(yīng)用潛力。

3 結(jié) 論

通過上述系列研究結(jié)果表明，準(zhǔn)確稱量0.1000 g硅鈣合金樣品于聚四氟乙烯燒杯中，依該試驗(yàn)方法消解樣品后，采用Fe的259.940 nm分析線，利用等離子體光譜儀能準(zhǔn)確、快速的進(jìn)行硅鈣合金中Fe含量的測定。同時(shí)該方法還具有操作簡易、線性范圍寬、準(zhǔn)確度高、便于檢驗(yàn)員操作的優(yōu)點(diǎn)。