ICP-OES法測定鎳鐵中鎳含量

田小亭，王 凡，金 英

(內(nèi)蒙金屬材料研究所，內(nèi)蒙古 包頭 014034)

鎳鐵在煉鋼工業(yè)中作為合金元素添加劑，可提高鋼的抗彎強度和硬度，在鑄鐵中可使其結(jié)構(gòu)均勻，密度提高，也可用作含鎳或含鎳鉻鑄鐵軋輥及其他鑄造合金加入劑。

鎳鐵一般按照品位即鎳含量進行分類，國內(nèi)比較流行的分類方法是根據(jù)冶煉的設(shè)備將鎳鐵分為高爐鎳鐵和電爐鎳鐵，其中高爐鎳鐵品味一般較低，大多含鎳8%以下，而電爐鎳鐵一般含鎳8%以上。對于鎳鐵中的鎳含量，采用的是乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)絡(luò)合滴定法和丁二酮肟重量法[1-2]。兩種方法分析周期長，消耗試劑多，樣品量多時，不能滿足客戶的進度要求。本文針對這一問題做了大膽創(chuàng)新，在所用儀器及器皿經(jīng)過校準(zhǔn)的情況下，選擇最佳譜線，配置合適標(biāo)準(zhǔn)曲線，用ICP-OES法檢測，分析速度快，可以更好地滿足進度要求[3-14]。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

BLUE型全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，德國斯派克。

硝酸(ρ=1.42 g/mL)；鹽酸(ρ=1.19 g/mL)；氫氟酸(ρ=1.15 g/mL)；高氯酸(ρ=1.67 g/mL)；鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000 μg/mL，直接購買)；高純鐵(鐵含量≥99.98%，鎳含量≤0.001%)；鎳鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW(E)010421、GBW(E)010422)。

所用試劑均為分析純。

1.2 儀器工作條件

儀器主要參數(shù)：工作高頻27.12 MHz，輸出功率1250 W，冷卻氣流量15 L/min，輔助氣流量1.00 L/min，霧化氣流量0.80 L/min，蠕動泵轉(zhuǎn)速30 rpm，樣品提升量2.00 mL/min，預(yù)沖洗時間15 s，分析時間45 s。

1.3 試驗方法

準(zhǔn)確稱取0.1000 g鎳鐵樣品于200 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入10 mL硝酸，10 mL鹽酸，5 mL氫氟酸，加熱溶解樣品，反應(yīng)停止，取下加5 mL高氯酸，繼續(xù)加熱冒煙至流動的濕鹽狀，稍冷，加入10 mL鹽酸溶解鹽類，冷卻至室溫，移入100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。隨同樣品做空白。

1.4 工作曲線的配制

鎳鐵樣品鐵元素為主含量，稱取6份0.1000 g高純鐵，按照1.3試驗方法溶解，分別轉(zhuǎn)移至工作曲線容量瓶中，做到基體匹配，消除干擾。加入鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液，工作曲線濃度為25 μg/mL、50 μg/mL、100 μg/mL、150 μg/mL、200 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，每個元素有很多條譜線，每條譜線干擾元素都不同，選擇合適的譜線非常重要。選取兩個鎳鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品GBW(E)010421和GBW(E)010422，選取鎳元素四條分析譜線進行試驗，結(jié)果見表1。

表1 分析譜線試驗結(jié)果

由表1結(jié)果可知：譜線231.604 nm測定值與標(biāo)準(zhǔn)值最接近，該譜線鈷元素可能存在干擾，試驗結(jié)果說明該譜線共存元素干擾可忽略不計?？紤]鎳元素準(zhǔn)確度及譜線干擾，選擇譜線231.604 nm作為分析譜線。

2.2 稱樣量研究

國標(biāo)要求稱樣量是一個特定的值或者一個小區(qū)間的特定范圍。稱樣量小，有利于樣品的消解，但同時會導(dǎo)致所分析的樣品欠缺足夠的代表性；而稱樣量大，會增加消解酸的用量，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。選取鎳鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)010422進行不同稱樣量試驗，結(jié)果見表2。

表2 稱樣量試驗結(jié)果

由表2結(jié)果可知：在上述稱樣量范圍內(nèi)，鎳的測定結(jié)果均不超出允許誤差0.25%(參照GB/T30072-2013)，考慮到環(huán)保和節(jié)能，稱樣量選擇0.1000 g。

2.3 試樣分解研究

試樣的消解是成分分析試驗的關(guān)鍵。按試驗方法分別加入不同比例的硝酸、鹽酸、氫氟酸以及高氯酸對試樣的消解效果進行試驗。試驗結(jié)果表明硝酸用量10 mL、鹽酸用量10 mL、氫氟酸用量5 mL、高氯酸用量5 mL，測定結(jié)果比較穩(wěn)定。試樣消解時，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，造成分析結(jié)果偏低。

消解狀態(tài)以試樣被分解成濕鹽狀為最佳。消解完畢后，補加10 mL鹽酸溶解鹽類，與此同時也能達到試樣酸度大致統(tǒng)一的目的，從而使帶標(biāo)準(zhǔn)樣品進行的檢測分析數(shù)據(jù)更加具有說服力和進行更好的檢測質(zhì)量控制。

2.4 分析譜線的線性方程、相關(guān)系數(shù)

選取鎳元素譜線231.604 nm，設(shè)置最佳儀器工作條件，鐵基體溶液打底，測定鎳元素工作曲線，如圖1所示。

圖1 工作曲線

由圖1可知：鐵基體溶液打底的鎳元素相關(guān)系數(shù)在0.999以上，符合ICP的要求。在工作曲線下運行多遍空白，計算方法檢出限為0.249%。

2.5 干擾試驗

鎳鐵中鐵和鎳為主含量，鐵基體對鎳元素發(fā)射強度有影響，且對強度的增感或抑制是同時存在的，配置工作曲線時加入鐵溶液消除基體干擾。雜質(zhì)元素硅含量居多，溶解時加氫氟酸，高氯酸冒煙可以消除硅元素的干擾。其余雜質(zhì)元素含量很低，干擾可以忽略不計。

2.6 樣品分析

按照上述條件試驗的最優(yōu)方案，對兩個鎳鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)010421和GBW(E)010422平行測定11次，結(jié)果見表3。

表3 方法的對比結(jié)果(n=11)

由表3結(jié)果可知：兩個鎳鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)010421和GBW(E)010422鎳含量誤差均在國家標(biāo)準(zhǔn)允許誤差內(nèi)0.25%(參照GB/T30072-2013)。計算11組測定結(jié)果，兩個鎳鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)010421和GBW(E)010422相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD分別為0.645%，0.466%。符合化學(xué)分析方法的一般要求。

3 結(jié) 論

通過上述系列研究結(jié)果表明：準(zhǔn)確稱取0.1000 g鎳鐵樣品于200 mL聚四氟乙烯燒杯中，按照試驗方法消解后，采用鎳元素最佳譜線231.604 nm，配置工作曲線，利用ICP-OES法能準(zhǔn)確、快速的進行鎳鐵中鎳含量的測定。同時該方法還具有操作簡易、線性范圍寬、準(zhǔn)確度高、便于檢驗員操作的優(yōu)點。