微波消解—電感耦合等離子體發(fā)射光譜法 測(cè)定錳鐵硫含量

李永霞

(新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830019)

錳鐵作為鋼鐵冶煉過(guò)程添加的合金材料，成分較為復(fù)雜，國(guó)標(biāo)GB/T3795-2006規(guī)定了其主要成分如：錳、碳、硅、磷、硫等元素的分析方法[1]。其中國(guó)標(biāo)測(cè)定硫元素分析方法為紅外吸收光譜法[2]，然而當(dāng)使用錫粒助熔時(shí)，其產(chǎn)生的粉塵容易導(dǎo)致金屬過(guò)濾器和紅外光譜儀通道堵塞，且極易吸附硫，從而出現(xiàn)測(cè)定誤差[3]。因此本研究擬通過(guò)微波消解預(yù)處理錳鐵樣品后，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定硫含量，克服上述方法缺陷，從而為相關(guān)行業(yè)的分析檢測(cè)提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Optima 8000 DV型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國(guó)PE公司)；密閉高壓消解罐(德國(guó)Berghof公司)；MWD-520型微波消解儀；HS-500型紅外定硫儀 (上?？乒麅x器有限公司)。

濃硝酸、氫氟酸、氫氧化鈉、氯化鋁為分析純(國(guó)藥試劑有限公司)；硫酸鉀為優(yōu)級(jí)純(國(guó)藥試劑有限公司)；試驗(yàn)用水為二次純化水；錳鐵樣品(東北特鋼)。

硫標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：精確稱(chēng)定21.739 2 g，在105℃下干燥1 h后的硫酸鉀后溶于水中，定容至1 000 mL容量瓶中，搖勻，記得0.04%硫標(biāo)準(zhǔn)溶液[4]。

基體溶液：準(zhǔn)確稱(chēng)定6.80 g氯化鋁和13.10 g氫氧化鈉，加適量水溶解，添加75 mL 50%的鹽酸后，定容于1 000 mL容量瓶[5]。

1.2 樣品預(yù)處理

準(zhǔn)確稱(chēng)定0.30 g樣品置于消解罐內(nèi)，加入2 mL 濃硝酸和5 mL氫氟酸，隨后加入適量的水搖勻，密閉封緊放置于微波消解儀中，按照表1設(shè)定程序進(jìn)行消解。消解結(jié)束后，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中定容搖勻。

表1 微波消解程序

1.3 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定預(yù)處理后樣品溶液硫元素的濃度，測(cè)定波長(zhǎng)182.034 nm，RF發(fā)生器功率1.15 KW；四通道蠕動(dòng)泵，泵速5 r/min；工作氣體為氬氣(純度：99.99%)；冷卻氣流量：15 L/min；輔助氣流量0.7 L/min；霧化氣流量0.6 L/min；積分時(shí)間15 s；重復(fù)3次。配置不同濃度的硫標(biāo)準(zhǔn)溶液，以發(fā)射強(qiáng)度對(duì)硫的質(zhì)量濃度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，隨后測(cè)定樣品溶液中的硫含量。

1.4 紅外光譜法

將試樣均勻置于預(yù)先盛有0.3 g錫粒的坩堝內(nèi)，再依次均勻覆蓋0.5 g純鐵和1.8 g鎢粒，進(jìn)行測(cè)定，利用校準(zhǔn)曲線測(cè)定結(jié)果[2]。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶樣條件選擇

錳鐵的硫含量較低，能否準(zhǔn)確被測(cè)定，依賴(lài)預(yù)處理過(guò)程中加入的消解劑是否將樣品的硫化物完全氧化成硫酸鹽。因此分別選擇不同消解劑如：高氯酸、濃硝酸、濃鹽酸和氫氟酸等對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，觀察樣品消解效果，結(jié)果見(jiàn)表2所示。從表2可見(jiàn)，當(dāng)錳鐵稱(chēng)樣量為0.30 g，采用2 mL濃硝酸與5 mL氫氟酸作為消解劑時(shí)，觀察到試樣消解完全，溶液透明。同時(shí)考察不同稱(chēng)樣量對(duì)消解效果的影響，在0.10～0.50 g取樣范圍內(nèi)，按照1.2 微波消解條件進(jìn)行溶解效果觀察，試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)稱(chēng)樣量大于0.40 g時(shí)，消解后溶液底部具有少量黑色不溶物存在，而稱(chēng)樣量過(guò)小，則會(huì)引入稱(chēng)樣誤差，因此確定預(yù)處理樣品的稱(chēng)樣量為0.30 g。

表2 不同消解劑的消解效果

2.2 分析譜線選擇及結(jié)果穩(wěn)定性

電感耦合等離子體發(fā)射光譜的硫元素分析譜線通常有180.731 nm、182.034 nm、185.715 nm，由于180.731 nm和185.715 nm兩條譜線存在樣品中其他元素的干擾[6]，因此選擇182.034 nm作為分析譜線，靈敏度高且無(wú)明顯干擾。表3為對(duì)預(yù)處理后樣品在不同時(shí)間下測(cè)定，考察182.034 nm分析譜線結(jié)果的穩(wěn)定性。

表3 穩(wěn)定性分析(n=3)

從表3可見(jiàn)，不同測(cè)定時(shí)間下，相同分析線的測(cè)定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于0.50% ，表明其具有較好的精密度，且該分析譜線下測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定性較好。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

分別移取0，1.0，3.0，5.0 mL硫標(biāo)準(zhǔn)溶液于10 mL容量瓶中，加入少量鹽酸和基體溶液，定容搖勻，既得硫的濃度分別為0、0.004%、0.012%、0.02%、0.04%硫標(biāo)準(zhǔn)溶液。以硫的質(zhì)量濃度對(duì)發(fā)射強(qiáng)度繪制工作曲線，得到的線性方程為y=101.42x-27.34，相關(guān)系數(shù)r>0.999，表明在0～0.04%的標(biāo)準(zhǔn)硫濃度下，發(fā)射強(qiáng)度與濃度呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系。

2.4 方法精密度

按照上述檢測(cè)方法步驟，對(duì)3種樣品的硫元素進(jìn)行測(cè)定[7]，測(cè)定結(jié)果及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差見(jiàn)表4所示。從表4可見(jiàn)，所有樣品的測(cè)定結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于2%，表明該方法的精密度較好。

表4 方法精密度結(jié)果(n=3)

2.5 方法回收率

在樣品中加入不同量的硫標(biāo)準(zhǔn)溶液，對(duì)加標(biāo)前后的樣品進(jìn)行測(cè)定，回收率結(jié)果見(jiàn)表5所示。從表5可見(jiàn)，回收量與加入標(biāo)準(zhǔn)量結(jié)果較溫和，當(dāng)加入標(biāo)準(zhǔn)量在0.018%～0.022 %時(shí)，回收率為98.0%～101.0%，表明方法結(jié)果具有較好的準(zhǔn)確度，不存在明顯的系統(tǒng)誤差。

表5 回收試驗(yàn)結(jié)果(n=3)

2.6 不同分析方法比較

分別按照國(guó)標(biāo)要求的的紅外吸收光譜法和微波消解—電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定錳鐵中硫元素含量[8]，平行測(cè)定3次，見(jiàn)表6所示。從表6可見(jiàn)，采用微波消解—電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定結(jié)果均大于與國(guó)標(biāo)要求方法結(jié)果，表明其克服助熔劑吸附硫產(chǎn)生的測(cè)量誤差。

表6不同方法測(cè)定錳鐵樣品中硫含量比較(n=3) %

樣品紅外吸收光譜法ICP-AES10.2400.25320.3030.32230.2350.269

3 結(jié) 論

綜上所述，利用微波消解技術(shù)對(duì)錳鐵進(jìn)行預(yù)處理后，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定樣品中硫含量，操作更為簡(jiǎn)便、快速，自動(dòng)化程度高，精密度好，由于克服了國(guó)標(biāo)的方法誤差，從而具有較好的準(zhǔn)確度，可推廣應(yīng)用于相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)中。