電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法測(cè)定不銹鋼中的硅、錳、磷、鉻、鎳、鉬、銅

羅海霞

(1北礦檢測(cè)技術(shù)有限公司,北京 102628；2金屬礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與分析檢測(cè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102628)

前言

我國(guó)不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)步較晚，建國(guó)以來到改革開放前，我國(guó)不銹鋼的需求主要是以工業(yè)和國(guó)防尖端使用為主。改革開放后，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的顯著提高，拉動(dòng)了不銹鋼的需求。不銹鋼以耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)或具有不銹性而著稱。它在我們的生產(chǎn)和生活中有著普遍的應(yīng)用，小到餐具，大到工業(yè)和國(guó)防尖端使用。而不銹鋼的化學(xué)成分分析傳統(tǒng)上主要有比色法、容量法和重量法[1]。如王黎明[2]分光光度法聯(lián)測(cè)不銹鋼中鉻和錳的發(fā)展；袁秉鑒[3]利用分光光度法能夠快速測(cè)定不銹鋼中的鉻、鎳、鉬、鈦、錳；沈京沙[4]等用還原光度法同時(shí)測(cè)定不銹鋼中鉻和錳。傳統(tǒng)的方法均存在操作復(fù)雜、分析時(shí)間長(zhǎng)、干擾較多且元素不能同時(shí)測(cè)定等問題。ICP-OES法相對(duì)于傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法而言，具有線性范圍寬、基體效應(yīng)小、動(dòng)態(tài)范圍寬、快速簡(jiǎn)便、可以多元素同時(shí)測(cè)定的優(yōu)點(diǎn)[5]。由于儀器的溫度、電源、氬氣、冷卻水、峰位置、背景、穩(wěn)定時(shí)間、測(cè)量時(shí)間等因素的變動(dòng)都會(huì)引起信號(hào)的變化和漂移，即在某種程度上儀器的漂移難以消除[6-7]，因此，實(shí)驗(yàn)中以釔(Y)元素作為內(nèi)標(biāo)元素，以測(cè)量相對(duì)強(qiáng)度。

本文使用鹽酸和硝酸的混合酸溶解樣品，加入釔內(nèi)標(biāo)元素，用同牌號(hào)或同類牌號(hào)組分相近的含量高、低不同的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣繪制工作曲線。用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)測(cè)定不銹鋼中的硅、錳、磷、鉻、鎳、鉬、銅元素，此方法精密度、準(zhǔn)確度高，且快速、準(zhǔn)確，能夠滿足生產(chǎn)分析檢測(cè)的需要。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器

700-ES系列全譜直讀等離子體光譜儀(安捷倫科技公司)；ICP ExpertT MII 操作軟件。操作條件見表1。

1.2 試劑

除非另有說明，在分析中僅使用確認(rèn)為分析純的試劑，實(shí)驗(yàn)用水為超純水(電阻率大于18 MΩ·cm)。

表1 儀器測(cè)量參數(shù)

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

準(zhǔn)確稱取0.1 g試樣(精確至0.000 1 g)，置于100 mL鋼鐵容量瓶中，加入10 mL混合酸[V(HNO3)∶V(HCl)∶V(H2O)=1∶2∶3]，置于電熱板上低溫加熱溶解，至樣品完全分解后煮沸除去氮氧化物，取下冷卻至室溫，加入5.00 mL釔(Y)內(nèi)標(biāo)溶液(0.10 mg/mL)，用水稀釋至刻度，混勻。按儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。隨同試料制備樣品空白。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

選用標(biāo)準(zhǔn)鋼樣繪制工作曲線比基體匹配的標(biāo)準(zhǔn)溶液快捷、方便，故實(shí)驗(yàn)中選擇標(biāo)準(zhǔn)鋼樣繪制工作曲線。準(zhǔn)確稱取標(biāo)準(zhǔn)鋼樣品，按樣品處理方法處理標(biāo)準(zhǔn)樣品，同時(shí)移取相同量的釔內(nèi)標(biāo)溶液，配制成標(biāo)準(zhǔn)溶液系列, 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列中釔內(nèi)標(biāo)濃度為5 mg/L。標(biāo)準(zhǔn)曲線系列見表2。將標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)值輸入計(jì)算機(jī)，按儀器工作條件測(cè)量。根據(jù)各元素的發(fā)射強(qiáng)度和釔內(nèi)標(biāo)的發(fā)射強(qiáng)度比值和對(duì)應(yīng)元素的濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)性系數(shù)不小于0.999。采用相同的儀器工作條件測(cè)定空白溶液和試料溶液，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線確定其中被測(cè)元素的濃度。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線系列

2 結(jié)果與討論

2.1 分析譜線的選擇

光譜干擾是ICP-OES最為嚴(yán)重的干擾，本方法選擇標(biāo)準(zhǔn)鋼樣繪制工作曲線,使樣品和標(biāo)準(zhǔn)曲線基體一致，消除了鐵對(duì)待測(cè)元素的干擾。同時(shí)采用選擇待測(cè)元素的不同分析線同時(shí)測(cè)定，選擇“強(qiáng)度大、峰形好、干擾少的譜線”作為選擇分析線，以此消除譜線間的干擾。Cu 213.598 nm對(duì)磷的譜線213.620 nm干擾比較嚴(yán)重，所以磷選取了真空紫外區(qū)的178.284 nm作為分析線。由此選擇的分析波長(zhǎng)見表3。

2.2 方法的檢出限

連續(xù)測(cè)定11次制備空白溶液中錳、磷、硅、鉻、鎳、銅和鉬的含量，以測(cè)定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍為測(cè)定元素的方法檢出限。檢出限結(jié)果見表4。

2.3 方法的精密度

按實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定不銹鋼樣品，每個(gè)樣品連續(xù)測(cè)定11次，計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表5。

表3 波長(zhǎng)譜線選擇

表4 方法檢出限

表5 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表5可以看出，元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0. 01%～0. 10%時(shí)，RSD<5%；質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.10%時(shí)，RSD <1%。說明方法穩(wěn)定性好。

2.4 方法的準(zhǔn)確度

為驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性，按照實(shí)驗(yàn)所選溶樣方法和儀器工作條件，對(duì)不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)YJZ0601和YJZ9714D進(jìn)行測(cè)定，考察方法的準(zhǔn)確度，將測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，比對(duì)結(jié)果見表6。

表6 方法的準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

從表6可以看出，標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值基本吻合，說明方法準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)論

本工作采用鹽酸和硝酸的混合酸溶解試樣，用同牌號(hào)或同類牌號(hào)組分相近的含量高、低不同的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣繪制工作曲線，做到了校準(zhǔn)曲線和實(shí)際樣品基體完全匹配，有效減少基體差異的影響。使用釔為內(nèi)標(biāo)元素，有效地降低了由于儀器的溫度、峰位置、測(cè)量時(shí)間等因素和試液的黏度等物理性質(zhì)等引起的變動(dòng)，用ICP-OES法測(cè)定不銹鋼樣品中的硅、錳、磷、鉻、鎳、鉬、銅元素的含量。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值基本吻合。元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0. 01%～0. 10%時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=11)RSD< 5%；質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.10%，RSD<1%。此方法精密度、準(zhǔn)確度高，且簡(jiǎn)單易操作，能夠滿足生產(chǎn)分析檢測(cè)的需要。