石墨爐原子吸收光譜法測定生鐵及碳鋼中鉛含量

摘要：采用硝酸溶解樣品，通過加入基體改進劑磷酸氫二銨和硝酸鎂消除干擾，石墨爐原子吸收光譜法直接測定試液中鉛的含量。鉛的工作曲線濃度范圍為0.05～0.50 ug·mL-1，回收率在95%～106%，相對標準偏差（RSD）在3.01%～5.82%之間，經(jīng)驗證，該方法具有較高靈敏度、精密度和準確度。

關(guān)鍵詞：石墨爐原子吸收光譜；基體改進劑；鉛

中圖分類號：U465 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）06-0059-04

Determination of Lead in Iron and Carbon Steel by

Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrum

YAO Bo，XIANG Yang

（Dongfeng Commercial Vehicle Technical Center of DFL，Shiyan 442001，China）

Abstract: Sample was dessolved in nitric acid.And disturbance was eliminated with the addition of diammonium hydrogen phosphate and magnesium nitrate as inhibitor. The lead was determined by Graphite furnace atomic absorption spectrum.Working curve in range of 0.05-0.50 ug/mL of lead solution was prepared.Recovery was found in range of 95%～106% and relative standard deviation in 3.01%～5.82%.Precition and accuracy of determination are proved to be fine.

Keywords: graphite furnace atomic absorption spectrum；inhibitor；lead

隨著國家環(huán)保友好型汽車方案的實施，材料中禁限物質(zhì)特別是鉛含量的檢測分析將越來越重要。鉛在鋼中含量雖然很低，但對鋼的性能影響比較顯著，鉛同時也是一種能夠蓄積的有毒重金屬，具有生物不可降解性，可在環(huán)境中長期存在的特點。當(dāng)鉛含量達到0.003%時，會惡化鑄鐵中石墨形成從而影響鑄鐵性能，并導(dǎo)致縮松、漏水，故在汽車材料中痕量鉛的檢測尤其重要。

石墨爐原子吸收適宜痕量元素的分析。因為高溫石墨爐是利用電流直接加熱石墨爐產(chǎn)生阻熱高溫（3 000 ℃）使試樣完全蒸發(fā)，充分原子化，從而進行吸收測定的技術(shù)。試樣利用率幾乎達到100%，原子化度高，自由基態(tài)原子在吸收區(qū)停留時間長。因此靈敏度和檢出限要比火焰法好100～1 000倍［1］。

因生鐵及碳鋼中重金屬元素鉛含量低，檢測對樣品前處理的要求高，試液直接分析時，樣品基體干擾大，無法測出準確數(shù)據(jù)。通過多次試驗，首先對儀器參數(shù)設(shè)置進行了優(yōu)化，同時加入磷酸氫二銨和硝酸鎂基體改進劑消除干擾。通過與標準樣品比對，結(jié)果吻合，完全能滿足生產(chǎn)及科研的需要。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

實驗儀器為：WFX-1C2型原子吸收石墨爐光譜儀，鉛空心陰極燈。

鉛標準溶液：稱取高純鉛粉（99.99%）1.000 g于200 mL燒杯中，加優(yōu)級純硝酸（1+1）30 mL溶解，冷卻，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。用鉛標準溶液配制成1 ug·mL-1標準工作溶液。

鐵溶液：50 mg·mL-1；稱取5.00 g基準純鐵置于250 mL燒杯中，蓋上表面皿。分次加入60 mL硝酸（1+1），等劇烈反應(yīng)停止后，緩慢加熱至完全溶解、冷卻。將溶液移入100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

磷酸氫二銨和硝酸鎂的混合液：將光譜純磷酸氫二銨1 00 mg放入100 mL燒杯中加30 mL蒸餾水溶解后，加入硝酸（１+１）2 mL，硝酸鎂6 mg，待試劑溶解完全，移入100 mL的容量瓶中，用蒸餾水定容，搖勻。

1.2 儀器的工作條件

波長２８３.３ ｎｍ，光譜通帶寬度0.7 ｎｍ，空心陰極燈電流15 ｍＡ，積分時間3 ｓ，工作方式ＡＡ－ＢＧ。

1.3 實驗方法

稱取試樣0.200 0 g于200 mL燒杯中，加入硝酸（1+1）15 mL，緩慢加熱溶解，冷卻后，將試液移入50 mL容量瓶中，用蒸餾水定容，搖勻。如有沉淀物，干過濾。

將試液及基體改進劑分別移入自動進樣器的樣品杯中，自動進樣器依次將試液20 uL和基體改進劑5 uL加入石墨管內(nèi)，按儀器工作條件測定生鐵及碳鋼中鉛。

2結(jié)果與討論

2.1 實驗條件的選擇

一般石墨爐法原子化分為干燥、灰化、原子化、除殘四個階段。當(dāng)按照這四個階段的條件進行分析并加入基體改進劑時，沒有檢測到分析結(jié)果。通過查閱資料得知：在選擇干燥溫度和時間時，為避免試樣沸騰而造成噴濺損失，最好采用斜坡升溫方式，并適當(dāng)延長干燥時間，以保證干燥過程正常進行。最大功率升溫具有靈敏度高、實際原子化溫度較低的特點，并有延長石墨爐壽命的作用［2］。

灰化參數(shù)選擇原則也是在待測元素不產(chǎn)生揮發(fā)損失的條件下，盡可能采用較高的灰化溫度和較長的灰化時間。選擇合適的灰化溫度使待測元素與基體組分離，以減少或消除基體干擾。

本試驗干燥、灰化均分兩步進行，這對保證分析精密度是十分重要的（見表1）。

2.2 基體改進劑的選擇

石墨爐原子吸收法是一種測定痕量元素的最佳手段之一，它的靈敏度比火焰法高出約3個數(shù)量級，不消除干擾就無法得到準確的結(jié)果［3］。

在石墨爐原子吸收法中，基體干擾可能出現(xiàn)在升溫過程的各個階段。分析元素與共存物生成的化合物可以是易揮發(fā)的；在灰化階段就被揮發(fā)掉，造成被測元素的損失，也可以是難揮發(fā)的，甚至高溫原子化階段都難以解離形成基態(tài)原子，從而大大降低靈敏度。

基體改進劑是石墨爐原子吸收法分析中不可缺少的，由于在石墨爐原子分析中基體種類繁多，干擾千變?nèi)f化十分復(fù)雜，為了得到高的靈敏度和理想的檢出限，就必須選擇適宜的物質(zhì)來消除分析中的干擾。加入的金屬、化合物或其他物質(zhì)與基體和待測元素發(fā)生反應(yīng)，改變了基體或待測元素的性質(zhì)，從而有效地消除干擾。

基體改進劑在控制和消除背景干擾、灰化損失、分析物釋放不完全等方面均起著重要的作用。基體改進劑應(yīng)用的一些例子見表2［2］。

參考相關(guān)資料，本方法嘗試了以下幾種基體改進劑：檸檬酸、磷酸氫二銨、硝酸鎂、EDTA，并對它們做了混合試驗。結(jié)果見表3。

通過試驗磷酸氫二銨和硝酸鎂混合試劑能較好的滿足測定要求，所以選定磷酸氫二銨和硝酸鎂的混合試劑作為基體改進劑。

對檸檬酸、磷酸氫二銨、硝酸鎂、乙二胺四乙酸二鈉幾種基體改進劑做了復(fù)配試驗。試驗表明磷酸氫二銨和硝酸鎂混合試劑能較好的滿足測定要求，最后選定用磷酸氫二銨和硝酸鎂為基體改進劑。

2.3 磷酸氫二銨和硝酸鎂用量試驗

試驗過程：在50 mL容量瓶中加入50 mg·mL-1鐵溶液10 mL，1 ug·mL-1鉛標準溶液20 mL測試吸光度，按表2分別加入不同量的磷酸氫二銨和硝酸鎂溶液進行優(yōu)選基體改進劑加入量試驗。結(jié)果見表4、圖1、圖2。

從試驗得知：未加磷酸氫二銨和硝酸鎂溶液的吸光度明顯低于加入磷酸氫二銨和硝酸鎂溶液的吸光度。加入1 00 mg磷酸氫二銨和6 mg 硝酸鎂溶液吸光度值最佳。結(jié)果表明，加入磷酸氫二銨和硝酸鎂溶液，提高了分析靈敏度，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

從圖3可看出，實線是待測元素的峰值，虛線是基體干擾元素的峰值。加入基體改進劑光譜儀自動減去基體干擾元素的峰值，使分析數(shù)據(jù)精確、可靠。

2.4 標準工作曲線繪制

按試驗方法加入1 ug·mL-1鉛標準工作溶液2.5 mL、5 mL、10 mL、15 mL、20 mL、25 mL，測定鉛系列標準溶液，繪制工作曲線（見圖4），鉛的質(zhì)量濃度在0.050～0.5 ug·mL-1范圍呈線性關(guān)系。

2.5 加標回收試驗

通過計算回收率驗證本方法準確度，結(jié)果表明，鉛元素回收率在95%～106%之間，見表5。

2.6 精密度與準確度試驗

按試驗方法對碳素鋼、鑄鐵標準樣品和生產(chǎn)樣品進行8次測定，結(jié)果見表6。

由以上測得數(shù)據(jù)可知，該方法精密度良好、準確度可靠。

3 結(jié)論

本文建立原子吸收石墨爐光譜法以磷酸氫二銨、硝酸鎂混合液為基體改進劑，測定生鐵及碳鋼中痕量鉛元素，測定值與標準值相符，該分析方法準確、可靠，能滿足生產(chǎn)及科研的需要。

參考文獻：

［1］ 楊學(xué)桐. 化學(xué)分析［K］. 上海：上海科學(xué)普及出版.2006，298.

［2］ 金澤祥. 原子光譜分析［M］. 武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社.1992，348-362.

［3］ 鄧勃.應(yīng)用原子吸收與原子熒光光譜分析［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2003，231-232.