一種快速測定鉻鉬鋼中砷錫銻元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的實驗方法①

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(1.甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730070；2.機(jī)械工業(yè)上海藍(lán)亞石化設(shè)備檢測所有限公司，上海 201518)

鉻鉬鋼是石油化工行業(yè)中常用的一種合金，其淬火性好，可進(jìn)行深度淬火，具有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損及抗高溫等特性，常被用于制造耐高溫、高壓的壓力容器。砷(As)、錫(Sn)、銻(Sb)是鋼中常見的殘余有害元素，在鉻鉬鋼中，這些有害元素含量超出一定范圍就會嚴(yán)重影響鋼的質(zhì)量和性能，特別是鋼的力學(xué)性能[1]。因此，對這些有害元素進(jìn)行準(zhǔn)確檢測非常重要。

國內(nèi)科學(xué)工作者針對上述有害元素的檢測進(jìn)行了大量研究，并探索出了一系列的分析檢測方法，包括化學(xué)分析法、分光光度分析法、光電直讀光譜分析法、輝光放電原子發(fā)射光譜分析法、原子吸收光譜分析法、熒光光譜分析法及電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)分析法。其中ICP-AES分析法具有檢出限低、準(zhǔn)確度高、線性范圍寬且多種元素可同時測定等優(yōu)點，在國內(nèi)外已迅速發(fā)展為一種極為普遍、適用范圍廣的常規(guī)分析方法，但是采用ICP-AES技術(shù)直接同時測定As、Sn、Sb的研究報道并不多見[2-17]。

筆者通過大量實驗，探索出了一種利用ICP-AES技術(shù)同時測定鉻鉬鋼中As、Sn、Sb元素的分析方法。實驗檢測證明，該方法簡便、快捷，其精度和準(zhǔn)確度滿足同時快速測定鉻鉬鋼中As、Sn、Sb元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的需求。

1 ICP-AES分析法測定實驗

1.1 儀器和試劑制備

實驗中采用的儀器為ICPE-9000全譜等離子體發(fā)射光譜儀和精度為萬分之一的分析天平。

實驗所用硝酸、鹽酸等的等級均為分析純，實驗用水為超純?nèi)ルx子水。所用標(biāo)準(zhǔn)溶液均為采購時帶有標(biāo)準(zhǔn)證書的的標(biāo)準(zhǔn)溶液。玻璃器皿，包括儀器進(jìn)樣系統(tǒng)均用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%硝酸溶液浸泡24 h后，用去離子水沖洗干凈，干燥備用。

在攪拌條件下，將60 mL鹽酸緩慢加入150 mL水中混合均勻，制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的鹽酸溶液。在攪拌條件下，將20 mL硝酸緩慢加入110 mL水中混合均勻，制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的硝酸溶液。

準(zhǔn)確移取 1 mL質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的As標(biāo)準(zhǔn)溶液、2 mL質(zhì)量濃度為500 mg/L的Sn標(biāo)準(zhǔn)溶液、2 mL質(zhì)量濃度為500 mg/L的Sb標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL容量瓶中，加入10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鹽酸溶液定容搖勻，制備成質(zhì)量濃度為10 mg/L的As、Sn、Sb混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

準(zhǔn)確移取質(zhì)量濃度為100 mg/L的釔(Y)標(biāo)準(zhǔn)溶液 1 mL于100 mL容量瓶中，加入10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))硝酸溶液定容搖勻，制備成質(zhì)量濃度為1.00 mg/L的Y標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2 實驗方法

稱取6份0.500 0 g高純鐵(鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于99.8%)置于100 mL鋼鐵量瓶中，加5 mL鹽酸、5 mL硝酸混酸及10 mL去離子水。

低溫加熱至試樣溶解，溶液澄清。若無法澄清，采取0.45 μm微孔過濾膜抽濾不溶物。待試樣全溶后冷卻至室溫，移入100 mL容量瓶中，分別加入0、1、3、5、10、30 mL的As、Sn、Sb混合標(biāo)準(zhǔn)溶液及Y標(biāo)準(zhǔn)溶液做內(nèi)標(biāo)(分析線為371.070 nm)，定容待測。內(nèi)標(biāo)法即加入內(nèi)標(biāo)元素Y對測定元素進(jìn)行標(biāo)定檢測。

1.3 測量條件和分析線選擇

ICPE-9000全譜等離子體發(fā)射光譜儀穩(wěn)定后設(shè)定儀器測試條件，霧化器類型為同心，矩管設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)類型，霧化室為旋流，等離子氣體積流量14 L/min，輔助器體積流量1.2 L/min。采用標(biāo)準(zhǔn)溶液法制備工作曲線，選擇干擾少且靈敏度能夠滿足測定要求的譜線進(jìn)行測定。根據(jù)元素含量的多少，選擇軸向觀測或縱向觀測。

設(shè)定的3種元素的ICP-AES分析法分析線及觀測方式見表1。

表1 ICP-AES分析法分析線及觀測方式

載氣流量和功率是ICP-AES法的分析要素，其中載氣流量是關(guān)鍵因素，主要影響分析物在ICP通道內(nèi)的停留時間和對分析物的稀釋作用。通過實驗確定載氣體積流量0.7 L/min、高頻功率1.35 kW為最佳條件。

2 ICP-AES分析法測定實驗結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

根據(jù)ICP-AES分析法檢測繪制的3種元素標(biāo)準(zhǔn)工作曲線見圖1。

由圖1可以看出，所測試的3種元素的線性相關(guān)系數(shù)r分別為0.999 49、0.999 91、0.999 76，均大于0.999 4，線性關(guān)系良好，重復(fù)性良好，定量準(zhǔn)確，滿足測試要求。

圖1 3種元素的測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

2.2 影響因素

2.2.1鹽酸及硝酸

ICP-AES檢測分析時，一般都是鹽酸作為反應(yīng)介質(zhì)，硝酸用于消解試樣。若單純采用鹽酸，其與砷化物易生成AsH3而揮發(fā)。鹽酸與硝酸的比例對檢測信號有非常大的影響，實驗表明，鹽酸∶硝酸∶水的體積比為1∶1∶2時，檢測信號比較穩(wěn)定。

2.2.2基體元素及其他金屬元素

基體元素Fe對As、Sn、Sb元素的測定存在嚴(yán)重干擾，實驗中采取基體匹配辦法，即在標(biāo)準(zhǔn)溶液中加純鐵粉來克服基體效應(yīng)。

鉻鉬鋼中存在Mn、Ni、Mo等干擾元素，實驗中采用內(nèi)標(biāo)法及儀器軟件的背景扣除功能基本可以消除這些金屬元素的干擾。

2.3 分析方法檢出限

對高純鐵空白溶液連續(xù)測定10次，以3倍空白溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差計算ICP-AES分析法的各元素檢測限，得到As、Sn、Sb元素的檢出限分別為0.001 0%、0.000 7%、0.000 6%。

2.4 分析方法精密度

分別稱取5份0.5 g高純鐵，按照上述實驗方法進(jìn)行溶解，配成各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.020%的5份混標(biāo)溶液，在最佳分析條件下測定得到各元素分析方法精密度，結(jié)果見表2。

表2 ICP-AES分析法各元素分析方法精密度

2.5 分析方法準(zhǔn)確度

采用文中所述實驗方法測量了12Cr1MoV、26Cr2Ni4MoV、35CrMoV以及32Cr2MoVA這4種鉻鉬鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品中As、Sn、Sb元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并將實際測量數(shù)據(jù)與對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行了比較，見表3。

表3 鉻鉬鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品中As、Sn、Sb元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較 %

由表3數(shù)據(jù)可以計算，4種材料中As、Sn、Sb元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的實測數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值的絕對誤差不大于0.02%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3.0%，測定結(jié)果的精度和準(zhǔn)確度均較高。

3 結(jié)語

根據(jù)文中所述測定鉻鉬鋼中As、Sn、Sb元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的ICP-AES分析方法，對12Cr1MoV、26Cr2Ni4MoV、35CrMoV及32Cr2MoVA標(biāo)準(zhǔn)樣品中As、Sn、Sb元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測量，并比較其實測值與標(biāo)準(zhǔn)值。測量絕對誤差不大于0.02%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3.0%。該ICP-AES分析方法簡便、快捷，可縮短分析操作周期，節(jié)約試劑消耗，其精度和準(zhǔn)確度完全能夠滿足鉻鉬鋼中As、Sn、Sb元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的快速檢測需求。