ICP-AES內(nèi)標(biāo)法測定鋼鐵及其合金樣品中的化學(xué)成分

龔思維，楚民生，胥成民，周韻

(上海出入境檢驗檢疫局， 上海 200135)

ICP-AES內(nèi)標(biāo)法測定鋼鐵及其合金樣品中的化學(xué)成分

龔思維，楚民生，胥成民，周韻

(上海出入境檢驗檢疫局， 上海 200135)

建立了內(nèi)標(biāo)法測定鋼鐵樣品中化學(xué)成分的ICP-OES分析方法。利用銦元素作為內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，消除了鐵基體元素對被測元素的干擾，減少了廢氣、廢液的產(chǎn)生。鋼鐵樣品中16種被測元素的檢測范圍在0.001%～20.00%之間，檢出限為0.001～0.030 μg／mL，回收率為97%～110%。該方法減少了高純物質(zhì)的使用。

ICP-AES；鋼鐵；化學(xué)成分；銦

電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-AES)技術(shù)具有分析速度快、線性范圍寬，能同時分析多種元素的特點，是冶金分析中的常規(guī)分析手段［1，2］。但是ICP-AES技術(shù)存在基體效應(yīng)的問題，目前常用的消除方法主要有基體分離法、掩蔽法、基體匹配法和內(nèi)標(biāo)法。基體分離和掩蔽法步驟繁瑣，操作可行性差，易損失樣品或引入新的雜質(zhì)。基體匹配法是目前比較常用的方法，但它需要組分及其含量已知，而基體物質(zhì)的加入在一定程度上降低了校準(zhǔn)靈敏度，會使方法檢出限增大并降低測量精密度［3］。在金屬材料分析中，基體匹配法還需要應(yīng)用大量的高純金屬材料，這些高純物質(zhì)造價昂貴，難以獲得，并且消解過程需大體積的各類無機(jī)強酸，釋放有毒有害廢氣，資源耗費大，對人體和環(huán)境污染嚴(yán)重。內(nèi)標(biāo)法利用分析元素和內(nèi)標(biāo)元素譜線強度比與待測元素濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線而進(jìn)行樣品分析［4，5］，該法應(yīng)用于金屬材料分析時，無需配制含有高純基體物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液。因此筆者利用銦元素作為內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，采用內(nèi)標(biāo)法繪制工作曲線，用ICP-AES法測定了鐵基樣品中的化學(xué)成分，鐵基體中的16種被測元素的檢出限低，回收率較高。該方法快速準(zhǔn)確，減少了高純物質(zhì)的使用，適合于不同基體樣品中雜質(zhì)元素的測定。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

等離子發(fā)射光譜儀：iCAP 6300型，美國Thermo公司；Prodigy型，美國Leeman公司；

鹽酸、硝酸：優(yōu)級純；

鋁、砷、鎘、鈷、鉻、銅、汞、錳、鉬、鎳、磷、鉛、硅、錫、鈦、釩和銦標(biāo)準(zhǔn)儲備液：1 g／L，按照GB／T 602的規(guī)定配制或購買有證標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2 儀器工作條件

中階梯光柵；CID檢測器；玻璃同心霧化器；旋轉(zhuǎn)霧化室；蠕動泵進(jìn)樣；發(fā)射功率：1 150 W；輔助氣流量：0.5 L／min；霧化器壓力：0.207 MPa(22 psi)；蠕動泵轉(zhuǎn)速：40 r／min(或提升量 1.2 mL／min)；積分時間：短波15 s，長波10 s；分析譜線(nm)：Al 396.152，As 189.042，Cd 214.438，Co 228.616，Cr 267.716，Cu 327.354，Hg 184.950，Mn 260.569，Mo 202.030，Ni 231.604，P 178.284，Pb 182.205，Si 251.611，Sn 189.989，Ti 334.941，V 310.230。

1.3 實驗方法

稱取0.200 0 g樣品于100 mL燒杯中，加入10 mL HNO3溶液(1+1)，低溫溶解樣品，溶解完全后，冷卻至室溫，移入100 mL容量瓶中，用去離子水稀釋至刻度，搖勻。

將上述溶液用帶有Y型三通的管件進(jìn)樣，一支進(jìn)內(nèi)標(biāo)溶液，另一支進(jìn)樣品溶液，先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制，再測定樣品中各元素的含量，同時做空白試驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 內(nèi)標(biāo)元素的選擇

常用的內(nèi)標(biāo)元素有鈧(Sc)、釔(Y)、銦(In)等，采用哪一種元素作為內(nèi)標(biāo)元素，應(yīng)該根據(jù)內(nèi)標(biāo)元素的特性及被測對象的情況而定。鋼鐵及其合金中雜質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在百萬分之幾到百分之幾十之間，為使內(nèi)標(biāo)法檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和精密度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須注意內(nèi)標(biāo)元素的光譜強度和質(zhì)量濃度。將不同的內(nèi)標(biāo)元素配制成一系列不同質(zhì)量濃度的溶液，用ICP光譜儀測定其光譜強度，結(jié)果見表1。由表1可知，濃度為20 mg／L的銦溶液最適合用作內(nèi)標(biāo)。

表1 內(nèi)標(biāo)元素選擇試驗結(jié)果

2.2 儀器工作條件

筆者所在的檢測室，現(xiàn)有的兩臺ICP儀器為中階梯光柵，CID電子檢測器的全譜直讀型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀，可以自行設(shè)定的工作條件有發(fā)生器功率、輔助氣流量、霧化器壓力、蠕動泵轉(zhuǎn)速和積分時間等。選用不同條件組合對一個樣品進(jìn)行試驗，以找到儀器的最佳測定條件。儀器工作條件確定的依據(jù)是某條件下被測元素的光譜強度明顯高于其它條件下的光譜強度，試驗結(jié)果顯示，儀器工作條件的改變并不能顯著地提高被測元素的光譜強度。因此綜合考慮確定了1.2中儀器工作條件。

2.3 工作曲線方程

按照元素性質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)溶液介質(zhì)的不同，將16種元素分成兩組混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，按照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)溶液介質(zhì)的不同，將 As，Cd，Hg，Pb，Sn 5種元素分為一組，其余元素為另一組；Cr，Cu，Mn，Ni濃度為0.0，0.5，1.0，5.0，10.0，50.0 mg／L，其余元素的濃度為 0.0，0.1，0.5，1.0，5.0，10.0 mg／L。將混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液在ICP儀器上進(jìn)行測定，以元素的激發(fā)光強度（Y）為縱坐標(biāo)，以元素濃度（X，mg／L）為橫坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，回歸方程、線性范圍和相關(guān)系數(shù)列于表2。

表2 工作曲線方程及線性范圍

2.4 方法精密度和檢出限

選擇11個樣品，樣品涵蓋了碳素鋼、中低合金鋼、不銹鋼(1Cr18Ni9，1Cr13)，每個樣品獨立測定11次，計算各元素測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，列于表3。

表3 方法精密度試驗結(jié)果 %

連續(xù)測定11次試劑空白溶液，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計算檢出限，各元素的檢出限列于表4。

2.5 回收試驗

在基體樣品中加入一定量的被測元素，按實驗方法，在選定的儀器條件下進(jìn)行分析，測定結(jié)果及回收率計算結(jié)果列于表5。由表5可知，加標(biāo)回收率為97%～110%。

表4 方法的檢出限

表5 回收試驗結(jié)果

2.6 標(biāo)準(zhǔn)樣品測定

在優(yōu)化的實驗條件下，對鋼鐵有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測定，測定結(jié)果見表6。由表6可知，標(biāo)準(zhǔn)樣品的測定值和標(biāo)準(zhǔn)值基本一致，二者之間的差異均在相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)允許的誤差范圍之內(nèi)。

表6 鋼鐵樣品的測定結(jié)果 %

3 結(jié)語

采用ICP內(nèi)標(biāo)法測定鋼鐵及其合金樣品中的化學(xué)成分，消除了基體元素對被測元素的干擾，拓展了內(nèi)標(biāo)法在金屬材料分析中的應(yīng)用。

［1］邱德仁.原子光譜分析［M］.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2002：312-314.

［2］曹宏燕.冶金材料分析技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008：149-157.

［3］陶銳，高舸.電感耦合等離子體光發(fā)射光譜分析中無機(jī)酸基體效應(yīng)研究［J］.理化檢驗：化學(xué)分冊，2005，41(2)： 143-146.

［4］辛仁軒.等離子體發(fā)射光譜分析［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005： 125-130.

［5］武漢大學(xué).分析化學(xué) [M].北京：高等教育出版社，2008： 66-85.

Determination of Chemical Components in Iron and Steel by ICP-AES Inner Sandard Method

Gong Siwei， Chu Minsheng， Xu Chengmin， Zhou Yun
(Shanghai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau， Shanghai 200135， China)

An ICP-OES method for simultaneous determination of the content of 16 elements in iron and steel was developed by using inner calibration method. Indium was used as inner element, the interference from iron base on detected elements was eliminated. Waste gas and waste liquid were decreased. The detection range of 16 elements in iron and steel were 0.001%-20.00%，the detection limits ranged from 0.001 to 0.030 μg／mL，and the recoveries were 97%-115%. The method may reduce the use of high pure materials.

ICP-OES; iron steel; chemical component; In

O657.3

A

1008-6145(2012)04-0059-03

10.3969／j.issn.1008-6145.2012.04.018

聯(lián)系人：龔思維；E-mail： gongsw@shciq.gov.cn

2012-04-12