釩中氫元素的分析方法研究

葉艷芳，李小莉

（寧夏東方鉭業股份有限公司 分析檢測中心，寧夏 石嘴山 753000）

釩中氫元素的分析方法研究

葉艷芳，李小莉

（寧夏東方鉭業股份有限公司 分析檢測中心，寧夏 石嘴山 753000）

研究了用LECO RH600定氫儀，建立了用脈沖加熱紅外吸收法測定釩中氫的分析方法。通過實驗選擇了儀器最佳工作條件，方法的準確度可靠，精密度良好，方法快速準確，靈敏度高，結果令人滿意。

釩; 定氫儀; 氫元素; 紅外吸收法

釩是一種重要的合金元素，主要用于鋼鐵工業和鈦合金行業。含釩鋼具有強度高、韌性大、耐磨性好等優良特性，因而廣泛應用于機械、汽車、造船、鐵路、航空、國防工業等行業。釩在鈦合金中可以作為穩定劑和強化劑，使鈦合金具有很好的延展性和可塑性。隨著我國航天事業的高速發展，對鈦合金的要求也越來越嚴格，因而對釩的質量也要求越來越嚴格。目前氣體雜質元素的分析多采用脈沖紅外吸收法測定釩中氫[1]。

本方法研究了應用LECORH600定氫儀，建立了用脈沖加熱紅外吸收法測定釩中氫的分析方法，其中釩中氫的測定下限為 0.0003%；方法的準確度可靠，精密度良好，方法快速準確，靈敏度高，分析效率高，能較好地解決釩中雜質元素的分析，能夠滿足生產需要。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

主要設備為脈沖紅外測氫儀 （美國 LECO公司）以及北京萊伯泰科公司H90T型冷卻循環水裝置。

主要試劑材料有： 高純石墨坩堝(國產)，錫片（美國 LECO公司），粒狀無水高氯酸鎂（美國LECO公司）， 粒狀惰性基燒堿（美國LECO公司），線狀氧化銅（美國LECO公司），銅車屑（美國LECO公司），玻璃棉（美國LECO公司）,純度大于99.9%的氬氣。

標準物質：應選用相應的標準物質。原則上標準物質與分析樣品的化學組成類似。

1.2 設備原理及設定條件

（1）方法要點

試樣在惰性氣氛中于高純石墨坩堝中加熱，試樣中的 氧和坩堝中的碳形成一氧化碳和少量的二氧化碳及氫氣，再通過熱的線粒氧化銅，一氧化碳轉換成二氧化碳,氫氣轉化成水，然后進入紅外檢測器以水的形式檢測測氫含量[2]。

（2）設備設定條件

脫氣周期 2次/套坩堝 分析延遲比較器 3

分析延遲 15 s 分析類型 自動分析

控制模式 功率 吹掃時間 15 s

排氣時間 15 s 排氣冷卻時間 5 s

1.3 實驗方法

按儀器說明書的要求，進行系統檢查使儀器處于正常運行狀態，設置最佳分析條件。先進行空白實驗，再選擇相應的標樣校準儀器，樣品分析時選擇與空白試驗相同的分析條件和分析方法，按要求稱取試樣，直接投入樣品與助熔劑于進樣器中，而后從屏幕上讀取分析結果。

2 結果與討論

2.1 現有分析方法適用性的探究

（1）使用現有鉭鈮合金分析方法參數條件，探究該參數條件分析釩中氫的適用性。

助熔劑：錫片（1片，約0.5 g左右）；

稱樣量：0.100～0.125 g，分析時間：45 s；

脫氣功率：4.0 kW，分析功率：3.5 kW；

選擇兩個鈦標樣校正儀器：

502-024-157 H%=0.00157%±0.00017%；

TI-NK H%=0.00114%±0.00014%；

校正系數為：y=1.00687x-0.00000798482。

數據顯示，原來鉭鈮合金的分析方法適用于釩中氫的測定(表1)。

表1 釩樣品分析結果Table 1 Results of vanadium sample analysis

（2）釩中氫稱樣量選擇試驗（表2） 。

表2 稱樣量的選擇實驗Table 2 Sample selection experiment

在如下的分析條件下：助熔劑：鎳，脫氣周期：2次，氫分析時間：45 s，脫氣功率：4.0 kW，分析功率：3.5 kW，試驗不同稱樣量下，對釩樣品中氫分析結果的影響, 如表2稱樣量的選擇實驗。

從數據結果顯示，稱樣量在0.080～0.100 g時，氫含量結果的波動大于其他區間，相對標準偏差較大，0.125～0.140 g之間，分析結果波動小，但樣品熔融效果差，噴濺現象嚴重，0.100～0.125 g之間，結果穩定，熔化效果好，綜合考慮稱樣量范圍確定在0.100～0.125 g之間。

（3） 釩中氫分析功率選擇試驗。

加熱溫度是影響樣品中氫釋放的主要因素，試驗采用分析功率模式來控制電級爐內石墨坩堝的加熱溫度。釩合金的熔點隨釩含量的增加而增高，約在1 370 ～ 1 870 ℃。過高的功率會增加金屬的升華和坩堝中雜質的蒸發，易污染、堵塞氣路，并對爐頭有損害；過低的功率式樣熔融不完全，氫的釋放速度變慢，且氫的釋放峰形有拖尾現象，測定結果偏低。本試驗分析功率分別為3.0、3.5、4.0 kW, 脫氣功率為3.5、4.0、4.5 kW, 對釩樣品進行試驗，觀察石墨坩堝底部試樣熔化及氫峰釋放情況[3]。

由試驗可知，選擇分析功率在3.5 kW, 4.0 kW時，石墨坩堝底部釩試樣的熔融及氫峰釋放情況基本一致如圖1。

圖1 正常峰形圖Fig.1 Normal peak graph

分析功率在3.0 kW時，釩試樣的氫含量偏低且有尾現象如圖2。

而高功率下對儀器爐頭有損害，所以本方法對釩中氫的分析功率選擇為 3.5 W, 脫氣功率為 4.0 kW。

2.2 釩中氫分析方法準確度和精密度試驗

在選定的分析條件下，重復測定標準樣品，對比分析結果與標準值的差異，驗證分析方法的準確度,見表 3。

從數據結果顯示，標準樣品的測定結果均在允許差范圍內，方法的準確度好。RSD%＜10，方法精密度好，完全滿足分析檢測的要求，適用于釩樣品[3,4]。

圖2 異常峰形圖Fig.2 Abnormal peak graph

2.3 重復性再現性實驗

取3個釩試驗樣品，3個操作者使用實驗選定的分析條件重復測定樣品，結果見表4。

表3 釩中氫準確度精密度試驗Table 3 Precision test of hydrogen in vanadium μg/g

表4 重復性再現性實驗Table 4 Repeated reproducibility experiment μg/g

圖3 數據分析圖Fig.3 Date analysis diagram

釩中氫測試能力分析，通過數據運用 Minitab軟件作圖 3可知，測量系統的重復性和再現性為6.63%，可區分的類別數為21。因此對于樣品中氫含量差異大于0.88μg/g的樣品可以分辨，檢測系統及其分辨能力可以滿足要求。

2.4 方法測定下限的確定

分析方法的檢測下限決定于分析空白值及其穩定性, 結果見表 5。通過對材料空白平行測定 7次，以 3倍的標準偏差作為方法的檢出限[5]。由于所用材料多，對空白穩定性的影響因素也較多，所以測定的變異系數波動較大[6]，同時錫片是經常更換的，其值的含量也隨時在改變，因此本方法測定下限氫定為0.0003%。

表5 空白值Table 5 Blank value μg/g

3 結 論

（1）本實驗通過對稱樣量、分析功率等測試條件進行試驗，確定了脈沖紅外吸收法測定的最佳分析條件為脫氣周期：2；脫氣功率：4.0 kW；分析功率：3.5 kW；最短分析時間：45 s；比較水平：5.0；稱樣量：0.100～0.125 g；助熔劑：錫片。

（2）通過對稱樣量、分析功率等測試條件進行試驗，確定了脈沖紅外吸收法測定標樣和釩樣品，準確度和精密度良好，結果準確可靠滿足分析要求。

［1］劉英，臧慕文. 金屬材料分析原理與技術[M].北京: 化學工業出版社， 2010：540-545.

［2］王令令，王桂花.分析化學計算基礎[M]. 北京:化學工業出版社，2002：11-18.

［3］鐘華.脈沖加熱-紅外吸收光譜發測定釩鋁合金中氫[J].中國無機分析化學，2013.3（2）：56-59.

［4］席大勇，陳志華. 測量系統分析（MSA)在化學分析管理中應用的探討[J].冶金分析，2008,28(7):79-82.

［5］李麗清.分析方法的精密度準確度和檢出限[J].泰山學院學報，19（5）：74-76.

［6］谷宇，宋美麗.聚丙烯等規度分析方法研究進展[J].當代化工,2013(10):45-48.

Study on Analytical Method of Hydrogen in Vanadium

YE Yan-fang, LI Xiao-li
(Ningxia Orient Tantalum Industry Co.,Ltd., Ningxia Shizuishan 753000, China)

A method for determination of hydrogen in vnadium by pulse heating infrared absorption method was established by using LECORH600 hydrogen analyzer. The optimum working conditions of the instrument were selected through exeperiments.The results show that the method is reliable, accurate, fast, accurate and sensitive.

Vanadium;Hydrogen determination apparatus; Hydrogen element; Infrared absorption method

TG139.7

A

1671-0460（2017）11-2219-03

2017-03-29

葉艷芳，女，寧夏省石嘴山市人，助理工程師，2007年畢業于寧夏大學生物科學專業，從事鉭鈮鈦及其合金的分析檢測工作。E-mail：syz214314@126.com。