微波消解—電感耦合等離子體原子發射 光譜法快速測定錳鐵中磷含量

陳文茜，李永霞

(新疆輕工職業技術學院，新疆 烏魯木齊 830000)

錳鐵中除含有錳外，另含有鐵、碳、硅、磷、硫等元素，通常錳礦石中磷含量不高，一般小于1.0%[1-2]，但當磷含量較高時，會使得鋼鐵煉制工藝復雜化，甚至在煉制特殊鋼種時不得用金屬錳替代[3]，因此如何方便、快速、準確測定錳鐵中磷含量意義重大。目前傳統測定錳鐵中磷含量的分析方法主要有：磷量滴定法[4]和鉬藍分光光度法[5]，但上述分析方法均需提前配制強酸溶液，對樣品進行預處理，以消除其他金屬雜質對測定結果的干擾，操作較為繁瑣、分析速度較慢、費時費力，因此難以滿足日常實際生產快速檢測的需求。微波消解是近年迅速發展的一種快速溶樣技術，具有消解速度快、耗用試劑少、易揮發組分不損失、節能等優點，已在冶金、建材、醫藥、食品、環境、生物等諸多領域應用[6-7]。電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)則具有靈敏度高、檢出限低、動態線性范圍寬且快速準確等特點[8]，因此本研究以錳鐵為研究對象，探索微波消解對錳鐵預處理后，利用電感耦合等離子體原子發射光譜法快速測定其磷含量。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

ICP5000-電感耦合等離子體發射光譜儀(聚光科技(杭州)股份有限公司)；密閉高壓微波消解罐(西安常儀儀器設備有限公司)；MWD-500型微波消解儀(上海元析儀器有限公司)。L6S紫外可見分光光度計(上海儀分科學儀器有限公司)；DS12-45恒溫電熱板(維克特銳(北京)科技有限公司)。

濃硝酸、氫氟酸、磷標準溶液、過氧化氫、高氯酸、亞硫酸氫鈉，鉬酸銨、氟化鈉—氯化亞錫溶液，上述試劑均為分析純(國藥集團化學試劑有限公司)，試驗用水為超純水，錳鐵樣品(東北特鋼)。

1.2 樣品預處理

準確稱取0.20 g錳鐵樣品置于密閉高壓微波消解罐后，加入5 mL濃硝酸與1 mL氫氟酸，放置于微波消解儀中，按照設定的溶樣程序，進行程序升溫加壓，見表1所示。待消解結束后冷卻，將樣品溶液加熱驅酸至1～2 mL后，用水稀釋至100 mL容量瓶定容待測。

表1 微波消解過程

1.3 ICP-AES法

電感耦合等離子體原子發射光譜法測定錳鐵磷含量，檢測條件為：測定波長178.29 nm，發生器功率1.2 KW；四通道蠕動泵，泵速1.0 r/min；工作氣體為氬氣(純度：99.99%)；冷卻氣流量：12 L/min；輔助氣流量1.0 L/min；霧化氣流量1.0 L/min；積分時間20 s；重復3次。同時配制不同濃度的磷標準溶液，以發射強度對磷質量濃度作標準曲線，隨后從標準曲線中確定樣品溶液中磷含量。

1.4 鉬藍分光光度法

準確稱取0.20 g錳鐵樣品置于燒杯內蓋上表面皿，加入20 mL硝酸、5 mL鹽酸低溫加熱至試樣溶解后，滴加10 mL高氯酸溶液，加熱至冒高氯酸煙1 min，冷卻，加入5 mL水溶解鹽類。滴加過氧化氫將析出的高價錳還原為無色，加熱煮沸后冷卻，定容至50 mL容量瓶中。移取母液10 mL于50 mL容量瓶內，加入1 mL硝酸、2 mL亞硫酸氫鈉溶液，加熱煮沸后，隨即加入5 mL鉬酸銨溶液與20 mL氟化鈉—氯化亞錫溶液定容搖勻。取樣品溶液于825 nm波長處測吸光度，同時配制不同濃度的磷標準溶液，以吸光度對磷質量濃度作標準曲線，確定樣品磷含量[5]。

2 結果與討論

2.1 樣品前處理條件選擇

錳鐵中磷含量能否準確測定，主要取決于樣品在預處理過程中是否完全消解。一般微波消解樣品時，多選用HNO3、鹽酸或其混合酸作為消解溶液[9]，本試驗比較了上述強酸及其混合酸在同樣的微波消解條件下對錳鐵的消解情況，見表2所示。從表2中可見，當錳鐵稱樣量為0.20 g，濃硝酸5.0 mL與氫氟酸1.0 mL時，觀察到樣品的消解情況最好。因此確定采取5 mL濃硝酸與1 mL氫氟酸消解樣品。

表2 樣品消解條件的選擇

2.2 分析譜線選擇及穩定性

電感耦合等離子體原子發射光譜法要求選擇的分析線靈敏度高且穩定，因此本試驗分別考察173.68，177.43，178.29，185.83，188.76 nm作為磷元素分析線時[10]，樣品溶液分別稀釋10倍、20倍后，2 h的結果穩定性，見表3所示。

表3 不同分析譜線下測定結果的穩定性

從表3結果可見，不同波長下分析線的穩定性并不相同，隨著分析時間的延長，相同分析線的分析結果精密度越差，但不同濃度的樣品溶液，在178.29 nm分析譜線下測定時間2 h后，RSD均小于1.2%，從而確定178.29 nm作為測定錳元素的分析線。

2.3 線性回歸方程

按照電感耦合等離子體原子發射光譜法確定的試驗條件，分別配制濃度范圍0.01%～0.50%的磷標準溶液，以磷的質量濃度對發射強度繪制工作曲線，得到的線性方程為y=163.5x-81.75，相關系數r>0.999，從而保證分析結果的準確度。

2.4 回收率與精密度

在錳鐵樣品中加入不同量的磷標準溶液，利用工作曲線對磷含量進行測定，回收率與精密度結果見表4所示。從表4中可見，用工作曲線測定錳鐵中的磷含量，回收量與加入標準量基本吻合，且精密度較好。

表4 回收率與精密度試驗結果(n=3)

2.5 與其他方法比較

分別按照國標推薦的鉬藍分光光度法和微波消解—電感耦合等離子體原子發射光譜法測定錳鐵中磷含量，平行測定3次，見表5所示。從表5可見，采用微波消解—電感耦合等離子體原子發射光譜法測定結果與國標采用的鉬藍分光光度法結果最大僅相差0.015%，表明具有較好的準確度，滿足日常分析要求。

表5不同方法測定錳鐵樣品中磷含量比較(n=3) %

樣品鉬藍分光光度法ICP-AES絕對偏差10.1420.1570.01520.1030.1120.00930.1750.1680.007

3 結 論

本方法對錳鐵進行微波消解預處理，具有簡便、快速、試劑用量小等優點，隨后采用電感耦合等離子體原子發射光譜法測定預處理后的樣品溶液的磷。與國標采用方法相比，具有較好的精密度與準確度，從而可滿足相關工業生產的快速分析要求。