電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定低合金鋼中銅對磷的干擾

摘" 要：研究電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測定低合金鋼中P元素含量時Cu 213.597 nm對P 213.617 nm的譜線干擾，通過干擾系數(shù)法校正后得出1% Cu元素相當(dāng)于0.003 8% P元素含量，其中，P 213.617 nm校準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)為0.999 972，檢出限為0.018 mg/L，采用此方法對低合金鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行檢測并校正后的測得值與標(biāo)準(zhǔn)值一致，誤差均小于0.001%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于1.77%。對未知元素含量的低合金鋼樣品進(jìn)行檢測后與GB/T 223.59—2008進(jìn)行結(jié)果比對，實驗結(jié)果表明測得值的偏差均小于0.003%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于3.59%。

關(guān)鍵詞：ICP-AES光譜法;低合金鋼;Cu元素;P元素;干擾系數(shù)校正

中圖分類號：O657.3" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）11-0065-04

Abstract： The spectral line interference of Cu 213.597 nm on P 213.617 nm when determining P content in low-alloy steel by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry （ICP-AES） was studied. After correction by interference coefficient method， it was found that 1% Cu element is equivalent to 0.003 8% P element content. Among them， the correlation coefficient of the P 213.617 nm calibration curve is 0.999 972， and the detection limit is 0.018 mg/L. Using this method to test and correct low-alloy steel standard samples， the measured values are consistent with the standard values， with errors less than 0.001%， and relative standard deviations less than 1.77%. After testing low-alloy steel samples with unknown element content， the results were compared with those of GB/T 223.59-2008. The experimental results showed that the deviations of the measured values were less than 0.003%， and the relative standard deviations were less than 3.59%.

Keywords： ICP-AES spectroscopy; low-alloy steel; Cu element; P element; interference coefficient correction

低合金鋼中多種元素的摻雜使其具有良好的韌性、耐腐蝕性、耐磨損和耐低溫性以及較高的強(qiáng)度，而摻雜元素的含量不同也會影響低合金鋼的力學(xué)性能。其中，P元素因其較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化性，使其能夠增強(qiáng)低合金鋼的硬度和強(qiáng)度，但相應(yīng)的也會降低韌性和塑性[1]，使低合金鋼產(chǎn)生冷脆性，導(dǎo)致鋼材回火變脆，從而被認(rèn)為是一種有害元素。而P元素的殘存量與回火脆現(xiàn)象的發(fā)生概率呈正相關(guān)性，因此，對低合金鋼中P元素的精確測定并控制含量，在實際應(yīng)用中有著重要意義。

常用的P元素檢測方法，如鉬藍(lán)分光光度法（GB/T 223.59—2008《鋼鐵及合金 磷含量的測定 鉍磷鉬藍(lán)分光光度法和銻磷鉬藍(lán)分光光度法》）、二安替比林甲烷重量法（GB/T 223.3—1988《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法 二安替比林甲烷磷鉬酸重量法測定磷量》）和磷鉬酸銨容量法（GB/T 223.61—1988《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法 磷鉬酸銨容量法測定磷量》）等，操作流程相對較為繁瑣且耗時較長，而電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）不僅能夠快速、高效地測定常量和微量元素，且精密度更高，檢測范圍更寬[2]，在石油化工、航空航天、環(huán)境檢測、食品安全、建筑以及材料等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[3-7]。

利用ICP-AES方法測定元素含量時通常伴隨與其他元素的譜線重疊，造成嚴(yán)重干擾，普遍的解決方法是采用多譜擬合建模校正（MSF）和干擾系數(shù)校正，近年來利用MSF法對P元素測定進(jìn)行校正的研究較多[1，8-9]，因此，我們以Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液作為空白溶液和基體，考察不同條件下Cu元素對P元素的干擾，通過測定的P元素含量計算出干擾系數(shù)，并以此作為低合金鋼中P元素的校正依據(jù)。

1" 實驗部分

1.1" 儀器與試劑

儀器：全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES光譜儀），型號：ICAP-6300（美國Thermo Fisher公司）。

本文中涉及的所有化學(xué)試劑均為分析純，實驗室二級用水。

1.2" 樣品處理

準(zhǔn)確稱取0.200 0 g（±0.001）低合金鋼試樣于100 mL鋼鐵量瓶中，加入30 mL鹽酸-硝酸混合酸，低溫加熱至樣品溶解后，加入約5 ml水沖洗內(nèi)壁，搖勻煮沸后冷卻至室溫，將溶液稀釋至刻度并過濾，以Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液作為試劑空白。

1.3" 建立工作曲線

在12個100 mL鋼鐵量瓶中稱取等量的0.200 0 g鐵粉，加入30 mL鹽酸-硝酸混合酸低溫溶解后冷卻至室溫，分別移取0.00、0.01、0.02、0.05、0.1和0.2 mL P標(biāo)準(zhǔn)溶液為一組依次加入，其中一組用水稀釋至刻度并搖勻作為工作曲線。

在另一組中依次移入等量1 mL Cu標(biāo)準(zhǔn)貯存溶液，用水稀釋至刻度并搖勻。

2" 結(jié)果與討論

2.1" 譜線選擇及光譜工作參數(shù)

在ICP-AES光譜法測定P元素含量的常用譜線中，處于紫外區(qū)的P 177.434 nm和P 178.280 nm 2條譜線不僅受O2對紫外線吸收的影響需要大量N2長時間吹掃光室，且N2作為工作氣體與測定其他元素的工作用氣沖突（Ar）[10]，同時，2條譜線測得的譜峰強(qiáng)度也遠(yuǎn)小于其他譜線。另外，P 214.914 nm譜線與Cu 214.898 nm和Fe 214.915 nm譜線嚴(yán)重重疊，產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾，相比之下，P 213.617 nm譜線僅受到Cu 213.597 nm的干擾，如圖1所示。同時，從表1可以看出，在不同譜線下測定相同工作曲線得到的相關(guān)系數(shù)中，與其他譜線相比，P 213.617 nm的相關(guān)系數(shù)更好，因此選用P 213.617 nm作為工作譜線，但也需在檢測中去除Cu 213.597 nm的線翼干擾。

2.2" 實驗方法

由圖2可以看出，不含Cu元素的校準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)為0.999 972，而含Cu元素的校準(zhǔn)曲線線性較差，相關(guān)系數(shù)為0.999 941，且Cu 213.597 nm對P 213.617 nm譜線的干擾量呈線性相關(guān)，因此，在檢測過程中可以將國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20125—2006《低合金鋼 多元素的測定 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法》作為扣除Cu 213.597 nm對P 213.617 nm譜線干擾量的參考依據(jù)，通過下列公式采用干擾系數(shù)校正法對P元素的含量進(jìn)行校正。

式中：Ki為Cu元素在校準(zhǔn)曲線上i點處的干擾系數(shù); wP為P元素在i點處的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定值，%;wP′為P元素在i點處的質(zhì)量分?jǐn)?shù)實際值，%;wCu為Cu元素在i點處的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，此處為0.5%。

測定不同P元素含量下Cu元素的干擾量，通過公式（1）計算出各點的干擾系數(shù)，即該點處1% Cu元素相當(dāng)于P元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并按照公式（2）計算出平均干擾系數(shù)。最后，通過測定待測樣品中的P和Cu元素含量，按公式（3）計算出待測樣品中P元素的實際含量。

式中：wM為待測P元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)實際值，%;wm為待測P元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定值，%;wCu′為樣品中Cu元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定值，%。

按照上述方法，將表2中的結(jié)果帶入公式（1）和公式（2）中，可得出在本實驗中1%Cu元素相當(dāng)于0.003 8% P元素含量，為了驗證這一結(jié)論，我們通過測定并校正低合金鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品中的P元素含量進(jìn)行比對，見表3。結(jié)果表明，經(jīng)校正后的測定值與樣品的標(biāo)準(zhǔn)值相當(dāng)，測定誤差均不超過0.001%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均不超過1.77%，滿足低合金鋼樣品測定中的誤差要求。

最后，根據(jù)表4中的儀器工作參數(shù)，使用P 213.617 nm分析譜線對試劑空白溶液連續(xù)檢測12次，以IUPAC作為依據(jù)，通過3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(yīng)的濃度，計算出P元素的檢出限為0.018 mg/L。

為了進(jìn)一步驗證測定方法的精確性，隨機(jī)抽取5個未知元素含量的低合金鋼樣品進(jìn)行檢測，并同時按照GB/T 223.59—2008對P元素進(jìn)行手工方法檢測，結(jié)果見表5，通過鉬藍(lán)分光光度法和ICP-AES光譜法測得結(jié)果的偏差均不超過0.003%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均不超過3.59%。

3" 結(jié)論

通過ICP-AES光譜法測定低合金鋼中P元素含量，選擇P 213.617 nm作為分析譜線，采用干擾系數(shù)校正法對P元素的光譜干擾進(jìn)行校正，結(jié)果表明，1% Cu元素相當(dāng)于0.003 8% P元素含量，運用于實際檢測中，可通過直接測得的元素含量進(jìn)行校正，方法簡便且高效，精密度和準(zhǔn)確度較好，能夠滿足日常檢測要求。

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