國產微波消解儀在合金鋼常量元素檢測中的應用

來福

(1.北京出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心, 北京 100026；2.上海屹堯儀器科技發展有限公司，上海 201108)

國產微波消解儀在合金鋼常量元素檢測中的應用

劉鑫1尚士進1高峰1劉來福1金曉靜2齊國光2

(1.北京出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心, 北京 100026；2.上海屹堯儀器科技發展有限公司，上海 201108)

采用快速高效的微波消解前處理方法，結合電感耦合等離子體發射光譜對合金標準物質中硅、錳、磷、硫、銅、鎢、錫等元素進行測定，結果表明，選用HNO3∶HCL∶HF=3∶1∶1的酸配比消解效果最好，所得各元素均在質控范圍內，回收率均在96%～103%之間，RSD(n=6)均在0.6%～2.2%之間。超高壓的微波前處理結合電感耦合等離子體發射光譜的方法，具有消解效果好，操作快速簡便等優點，能夠滿足合金鋼等樣品的日常監測需求。

超高壓微波消解 ICP-OES 合金鋼 常量元素

1 引言

目前，對于合金檢測方法往往選擇敞口濕法消解或熔融法，實際應用中，操作繁瑣復雜，處理時間長。隨著相關企業和領域對合金中元素的測定速度及準確性要求的提高，檢測的方法因此逐步得到改進。

微波消解法是采用在密閉容器中微波加熱反應的一種方法。樣品可在高溫高壓條件下進行酸消解，具有偶然誤差小、稱樣量少、消解快速完全等特點，因而得到廣泛應用。采用微波消解法對合金進行處理，可以方便快速地實現合金樣品的完全消解，滿足檢測要求。

電感耦合等離子體發射光譜(ICP-OES)是20世紀80年代發展起來新的分析測試技術，具有檢測限低、線性范圍寬、干擾少、精密度高的特點，可進行多元素的同時快速分析，能適應復雜體系的痕量或超痕量元素分析，已在環保、冶金、地礦等領域得到了廣泛的應用。本文采用微波消解技術對樣品進行前處理，提高前處理的效率，并減少基體干擾，減少加入的酸的量，是一種環境友好的前處理方法。然后用ICP-OES儀對常量元素進行測定，建立了測定合金中元素檢測的方法。

2 試劑及儀器

2.1 試劑

濃硝酸：優級純；濃鹽酸：優級純；氫氟酸：優級純；GBW01339低合金鋼標準參考物質；實驗室用水均為超純水；硅、錳、磷、硫、銅、鎢、錫等元素標液。

2.2 儀器

微波消解儀：TOPEX 10位，上海屹堯儀器科技發展有限公司；電感耦合等離子體發射光譜：NexION 350 Series，美國珀金埃爾默；分析天平；離心機；移液槍；玻璃容量瓶；實驗中所用玻璃器皿使用前均經20%硝酸浸泡24h后，超純水洗凈烘干備用。

3 實驗步驟

3.1 樣品處理

稱取樣品0.2g(精確至0.01g)樣品，置于100mL聚四氟乙烯的消解罐中，加HNO3∶HCL∶HF=3∶1∶1，若反應劇烈需靜置待反應平穩后，裝配消解罐運行微波消解儀，運行結束后，冷卻至室溫，將消解液轉移至50mL容量瓶中定容，搖勻待測，微波消解程序見表1。

表1 微波消解程序

3.2 儀器條件

本方法選擇的儀器工作條件為： 等離子氣10 L/min， 輔助氣0.2 L/min， 霧化器0.55 L/min，射頻功率1300 W，泵速1.5 mL/min。此工作條件下，儀器性能滿足實驗的要求。

3.3 標準工作曲線

用2%(體積分數，下同)硝酸將混合標準儲備液逐級稀釋后，配制成濃度為：0、5、10、50、100 ng/L的混合標準溶液系列，在優化的儀器條件下，通過蠕動泵采集空白、標準溶液，儀器自動繪制校準曲線(表2)。

表2 各元素線性方程

4 結果與討論

4.1 前處理方法選擇

測定合金中常量元素，傳統樣品制備技術一般用酸溶法。酸溶法有常壓混合酸消解法和微波消解法。常壓混合酸消解法通常是王水消解，為保證消解完全，通常要加兩次王水，因為是低溫消煮，消解時間比較長，酸用量大，酸中雜質引起基體和空白污染。由于是敞開式消煮，也易造成交叉污染，空白值高，酸氣對檢測人員和環境也有很大的危害。

微波消解是一種嶄新、高效的樣品溶解技術。樣品在密閉容器中通過微波加熱使樣品在較高壓力和溫度下在強酸和氧化劑作用下高效快速消解。它溶樣時間短，試劑用量少，空白值低，基本避免了樣品污染和元素損失，保證了測定的準確可靠，一次消解可以滿足多種金屬元素的測定，克服了常規消化需分開處理的不足之處，也降低了勞動強度，是目前最理想并且成熟的樣品消解方法。

取合金鋼國家標準物質，用常壓消解法和微波消解法進行樣品前處理對比并測定，結果見表3。表3比較了兩種消解方法酸用量、消煮時間及檢測國家有證標準物質的檢測結果，從檢測結果發現，樣品測定值均在允許誤差范圍內，但是考慮工作效率和對環境的污染情況兩個因素，實驗最終選擇微波消解法來處理合金。

表3 不同前處理方法對比

4.2 準確度及精密度實驗

選取GBW 01339 合金鋼標準物質，按照同樣的處理方法，使用相同的前處理設備及后續檢測儀器，每個樣品6個平行，結果如表4，從表4中可以看出，實驗室所測定的多有元素均在質控范圍內，該方法準確可靠。

表4 各元素測定結果

5 結論

本方法采用微波消解的前處理方法結合電感耦合等離子體發射光譜對合金中常量元素進行分析，檢測結果表明，該方法測定標準物質均在范圍內，回收率符合要求，重現性高。

[1]董秋洪,聶根新,涂田華,等.食品中重金屬污染對人體健康的影響及其對策[J].城鄉致富 , 2003 (3) :37-38.

[2]張盼盼,王苗,張銀鳳,郭丹丹,王洋. 微波消解/ICP-OES法測定土壤中銅元素含量[J].化學推進劑與高分子材料, 2015 , 13 (2):91-93.

[3]趙明明,李麗華,張金生.MPT-AES法測定大米中鉛和鎘[J].食品研究與開發, 2015 (12) :103-105.

2017-10-04

劉鑫，高級工程師，liuxin@bjciq.gov.cn。

信息簡訊

安徽光機所大氣乙二醛外場測量技術取得新進展

近日，在科技部國家重點研發計劃項目資助下，安光所張為俊研究員課題組在大氣乙二醛(CHOCHO)探測方面取得新進展，相關研究成果以"Portable broadband cavity-enhanced spectrometer utilizing Kalman filtering: application to real-time, in situ monitoring of glyoxal and nitrogen dioxide"為題發表于美國光學學會(OSA)主辦的Optics Express雜志上(Opt. Express, 25, 26910-26922, 2017)(SCI二區)。

大氣乙二醛是反應性有機物降解過程中重要的中間態組分，是有機物降解機制及其對O3和細粒子生成影響研究的關鍵。課題組方波、趙衛雄等人研發了一套便攜式高靈敏度寬帶腔增強光譜儀，工作在440-480 nm 波段，實現了大氣CHOCHO的在線測量。該儀器在光學結構和后端數據處理兩個方面對傳統的寬帶腔增強技術做了改進：標準籠式結構設計及SMA光纖接頭準直器，提高了光腔耦合效率，結構緊湊、穩定性好；采用自適應卡爾曼濾波(Kalman filter)技術后，在21s采樣時間下，CHOCHO的測量精確度可達到8 pptv，達到國際領先水平。

該儀器將在反應性有機物大氣環境作用的外場觀測研究發揮重要作用，同時，所建立的方法，對寬帶腔增強吸收光譜在大氣痕量探測中的應用具有借鑒意義。(安徽光機所方波)

Applicationofdomesticmicrowavedigestioninstrumentinthedeterminationofmacro-elementsinalloysteel.

LiuXin1,ShangShijin1,GaoFeng1,LiuLaifu1*,JinXiaojing2，QiGuoguang2

(1.BeijingEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Beijing100026,China; 2.PreekemScientificInstrumentsCo.,Ltd.,Shanghai201108,China)

The contents of seven elements (Si, Mn, P, S, Cu, W, Sn) in the standard material of alloy steel were determined by high-efficient microwave digestion combined with inductively coupled plasma mass (ICP-MS). The result indicated that the optimal digestion condition was HNO3∶HCL∶HF=3∶1∶1. Under the pretreatment condition, the seven detected elements were all within the scope of standard control, The spike recovery ranged from 96% to 103% with a relative standard deviation (RSD, n=6) of 0.6%-2.2%. This method was simple, rapid, effective and suitable for routine detection of alloy steel samples.

ultrahigh pressure microwave digestion instrument; ICP-OES; alloy steel; macro-elements

北京市科技計劃課題《國產分析儀器驗證與綜合評價市場化推廣研究與實踐》(Z161100003016006)資助。

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.06.029