等離子體發射光譜法測定鋼鐵樣品中微量稀土元素鑭和鈰

劉國軍 張文兵 吳志鴻 張建平

(內蒙古北方重工業集團有限公司，包頭 014033)

等離子體發射光譜法測定鋼鐵樣品中微量稀土元素鑭和鈰

劉國軍 張文兵 吳志鴻 張建平

(內蒙古北方重工業集團有限公司，包頭 014033)

稀土元素被人們稱為鋼中的“維生素”，適量的稀土元素對鋼鐵材料的性質起著重要的作用。用電感耦合等離子發射光譜法測定鋼鐵樣品中的微量稀土雜質，研究了分析譜線的選擇方法、基體效應的消除以及工作曲線的優化，測定結果的相對標準偏差為1.02%，加標回收率為91%～94%。

稀土元素 分析譜線 干擾消除

在低合金鋼和高合金鋼中添加稀土元素，可生產出硫含量極低的鋼材，有效地控制夾雜物的形狀，使鋼各個方向的性能趨于均衡，能顯著地改善特厚鋼板厚度方向的塑性和韌性，提高鋼鐵的強度、耐磨性和抗氧化等性能［1］。我國稀土在鋼中的應用開始于20世紀60年代初，主要利用其改善鋼的強度和耐磨性。

由于稀土元素的外層電子結構大致相同，它們的物理化學性質相似，很難用一般的化學分析方法進行單一稀土元素的測定，而大多采用物理的分析方法或化學與物理相結合的方法。稀土元素的分析方法有質量法、容量法、分光光度法、熒光光度法、質譜分析法等［2］。鋼鐵樣品中稀土元素的含量很低，一般含量在μg/mL級。筆者選用靈敏度高、選擇性好的ICP等離子發射光譜法分析鋼鐵樣品中微量稀土元素鑭和鈰，經過驗證，測定結果準確、可靠。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

單道掃描ICP等離子發射光譜儀：JY-ULTIMA2型，日本Horiba公司;

鹽酸溶液(1+1);

硝酸溶液(1+1);

過氧化氫：30% 。

1.2 儀器工作條件

工作線圈：內循環水冷卻方式;最佳工作室溫度：(23±2)℃;炬管類型：三層同心石英管;入射功率：1 000 W;反射功率：＜1 W;等離子氣流量：12 L/min;護套氣流量：0.2 L/min;進樣泵速：20 r/min;載氣壓力：0.6 MPa。

1.3 標準溶液的制備

1.3.1 鑭標準溶液

稱取0.117 g經850℃灼燒1 h的氧化鑭(純度＞99.99%)，置于100 mL燒杯中，加入10 mL鹽酸溶液，低溫溶解后，取下冷卻，移入1000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液中鑭的含量為0.1 mg/mL。吸取10 mL此溶液再稀釋到1000 mL容量瓶中，此時溶液濃度為1 μg/mL，備用。

1.3.2 鈰標準溶液

稱取0.123 g經850℃灼燒1 h的氧化鈰(純度＞99.99%)，置于100 mL燒杯中，加入10 mL硝酸溶液，加10 mL過氧化氫，低溫溶解，取下冷卻，移入1000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液中鈰的含量為0.1 mg/mL。吸取10 mL此溶液再稀釋到1000 mL容量瓶中，此時溶液濃度為1 μg/mL，備用。

1.3.3 混合標準溶液的制備

采用標準加入法制備。

稱取0.2 g不含有稀土元素鑭和鈰的鋼鐵標準樣品(編號02-6)4份，分別加入15 mL硝酸溶液加熱溶解，冷卻。分別加入鑭標準溶液0、10、20、30 mL，對應加入鈰標準溶液 0、5、10、20 mL，均稀釋并定容至100 mL容量瓶中，此組溶液含鑭含量分別為0、10、20、30 μg/mL;鈰含量分別為 0、5、10、20 μg/mL。

1.4 樣品處理方法

稱取0.2 g試樣于鋼鐵兩用瓶中，加入15 mL硝酸加熱溶解，若溶液不澄清則滴加幾滴鹽酸，溶解完全后取下，冷卻，稀釋至刻度，待測。

2 結果與討論

2.1 分析線的選擇

每種待測元素選擇2～3條認為可信的靈敏線進行“profiles譜線描跡”來選擇最佳波長。選取線背比高、無明顯干擾的譜線作為分析線。

實驗中選擇了譜線La 408.671 nm、La 384.901 nm、Ce 413.380 nm、Ce 418.660 nm、Ce 446.021 nm，將被測試樣和4種標準溶液分別進行profiles譜線輪廓描跡，譜線Ce 418.660 nm和La 408.671 nm左右干擾較小，輪廓清楚，層次分明。選用這兩條譜線作為分析線。

2.2 分析參數設定

測量點和計算點選擇3個，入射狹縫20，出射狹縫15，分析方法采用最大值法。

2.3 方法優化

對選定的分析譜線La 408.671 nm和Ce 418.660 nm進行尋峰(由于試樣中的La、Ce含量很低，最好用純標準溶液)、衰減(電壓增益)、計算工作曲線，對電壓進行適當調整，得到線性較好的工作曲線，曲線回歸相關系數 La：0.99999，Ce：0.9999。

2.4 基體的影響及消除

被測樣品為鋼鐵材料，選擇與待測樣品中各元素含量相似且不含待測元素的標準物質進行標準加入，并且使標準樣品和被測樣品同時溶解，保證基體和溶液的酸度相同，達到消除基體干擾、保證霧化效率一致的目的。

2.5 方法精密度

在相同條件下對同一樣品進行6次平行測定，測定結果列于表1。由表1可知，測定結果的相對標準偏差為1.02%，證明該方法的測量精密度較好。

表1 平行測定試驗結果 %

2.6 回收試驗

對鋼鐵材料樣品進行加標回收試驗，分析結果見表2。由表2可知，回收率為91%～94%。

表2 鋼鐵樣品中加標回收試驗結果 %

3 結論

采用分辨率較高的ICP光譜儀，從譜線選擇、分析參數確定、基體影響消除等多方面進行試驗，所建立的方法簡單、快速、準確、可靠，可用于鋼鐵材料中微量稀土元素鑭、鈰的測定。

［1］魏可媛.稀土元素在鋼中的作用及對鋼性能的影響［J］.中國集體經濟，2011(22)：182-183.

［2］傅錦華，顧明通，常桂文.鋼鐵及其合金和鐵礦石中稀土分析方法進展［J］.理化檢驗：化學分冊，1996，32(5)：45-46.

DETERMINATION OF TRACE RARE EARTH ELEMENTS IN STEEL SAMPLES OF LANTHANUM AND CERIUM BY PLASMA EMISSION SPECTROMETRIC METHOD

Liu Guojun，Zhang Wenbing，Wu Zhihong，Zhang Jianping
(Inner Mongolia North Heavy Industries Group Co.Ltd.，Baotou 014033，China)

Rare earth elements were called"vitamin"in the steel，an appropriate amount of rare earth elements played a very important role in various grades of steel material.Inductively coupled plasma emission spectrometry method was used for the determination of trace rare earth impurities in steel samples，the selection of the spectral lines method，matrix effect elimination and working curve optimization was studied.RSD of the determination results was 1.02%，and the recoveries by the standard addition method was 91%-94%.

rare earth element，analysis of spectral line，interference cancellation

2011-10-28