電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鉬鐵中硅、錳、鉻、鎳元素

張鳳萍， 馬 駿， 王振宇， 董治漩， 田艷青， 崔 健

(太原重型機械集團公司,山西 太原 030024)

鉬鐵是主要由鉬和鐵組成的鐵合金，一般含50%～60%鉬，及碳、硫、磷、硅、鉻、錳、鎳、銻、銅等雜質元素。鉬鐵被廣泛地應用于不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼和工具鋼，以及具有特殊物理性能的合金鋼的冶煉中，一般用作煉鋼的合金添加劑，加入鉬可增大其強度和耐磨性[1-2]。

鉬鐵化學元素含量的合理配比對提高產品質量有著重要作用。高鐵車輪是世界公認的技術尖端產品，其必須具有很高的強韌性、耐磨性、抗剝離性，對夾雜物級別要求嚴格，很小的內部缺陷都會導致疲勞裂紋的產生。目前，我國大批的鋼輪仍有賴進口。鋼輪要實現我國自主生產，對冶煉原材料鉬鐵化學成分的質量的嚴格控制是其關鍵技術之一。電感耦合等離子體原子發射光譜法因其靈敏度高、速度快、具有同時測定多種元素等特點，被廣泛應用于化學分析，為了達到快速準確測定的目標，本文應用等離子體光譜法對鉬鐵中微量元素測定方法進行了研究與實驗[3-5]。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及工作條件

電感耦合等離子體原子發射光譜儀，美國熱電公司，儀器類型：iCAP-6300MFC全譜直讀臺式ICP-OES光譜儀；波長范圍：166 nm～845 nm全波長覆蓋；分辨率≤0.007 nm(200 nm處的光學分辨率)；等離子觀測方式：垂直觀測高度12 mm；等離子源：輸出功率：750 kW～1 500 kW；工作條件:最大積分時間30 s;短波段5 s;RF功率1 150 W；氣體控制：霧化器流量：0.70 L/min;輔助氣流量0.5 L/min；泵速：沖洗泵速50 r/min；分析泵速50 r/min；元素譜線：待測元素的分析線波長如第 頁表1所示。電子天平：AE204,

1.2 試劑

硝酸(濃)、鹽酸(濃)。

標準物質：鉬鐵(YSBC28631-2010;YSBC28632-2010;YSBC37652-2010;YSBC37653-2010;YSBC18605-2008;GBS(E)ZBT379等)。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品溶液的制備

準確稱取試樣0.200 0 g，放入150 mL錐形瓶中，根據不同的材料加入不同比例的溶解酸，加入硝酸10 mL，鹽酸10 mL，高氯酸2 mL，低溫加熱，冒完黃煙，待試樣溶解成透明液體后，取下稍冷，加少量的水，待試樣溶液冷卻后，加蒸餾水或去離子水轉入100 mL容量瓶中定容，混勻，在電感耦合等離子體原子發射光譜儀上進行測定。

1.3.2 標準溶液的制備

選擇一系列與樣品基體匹配的標鋼，按照樣品溶液的制備方法制備一系列標準溶液。

1.3.3 實驗操作步驟

打開儀器，驅氣后，點擊“等離子源設置”設置分析參數(如1.1所述)、重復次數、樣品清洗時間、積分時間，設置清洗泵速和分析泵速、RF功率、霧化器壓力，輔助氣流量，觀測高度12 mm。

選擇標準中所含有的元素及所需的譜線(如表1所示)，輸入標準物質元素含量，編輯方法后，即可直接進入分析程序，分析標準樣品及待測樣品，建立工作曲線。

1.4 標準曲線的繪制

采用具有國家標準證書的標準物質(基體與試樣基本相近的標鋼)，按照上述方法溶解后，稀釋到100 mL容量瓶中，搖勻，配制成一系列標準溶液，用等離子體原子發射光譜儀進行光譜測定，點擊“儀器”，選擇“執行自動尋峰”。點擊“標準化”圖標，打開標準化對話框，依次運行標準樣品，點擊“完成”。點擊“未知樣品”圖標，依次分析待測樣品。

打開譜圖，察看譜峰是否有干擾，某些干擾可通過移動譜峰和背景的位置來消除，需要點擊“更新方法”。建立工作曲線：以標準溶液元素的光譜發射強度比為縱坐標，元素的質量濃度含量為橫坐標，計算機自動繪制工作曲線。以質量分數表示元素的含量，計算線性回歸相關系數，R>0.999為合格。測量樣品時，計算機自動給出樣品元素的含量。

2 結果與討論

2.1 檢測波長的選擇

從ICP光譜儀譜線數據庫中，根據譜線干擾元素和譜線強度，在光譜儀最佳的工作條件下，通過測定標準物質溶液繪制譜圖，最終選擇譜圖好、峰形穩定、背景值低的譜線，作為本方法的檢測波長，如表1。

表1 分析元素譜線

2.2 溶解酸的選擇

溶液的酸度及酸的種類影響試樣霧化率，盡量不選擇黏稠的溶解酸，本文采用硝酸、鹽酸等低溫溶解試樣，溶樣徹底，解決了試樣預處理問題。

2.3 基體效應消除

試液中如果基體不同，基體效應導致測定結果不一致。本文采取了與試樣基體相匹配的標鋼溶解液作為標準溶液，繪制工作曲線，這樣能有效地消除基體效應。

2.4 光譜干擾實驗

鉬鐵中主元素是鉬、鐵，雜質元素有磷、硅、鉻、錳、鎳、銻、銅等，對測定元素會有干擾。本文用有干擾元素存在的標準物質作工作曲線，采用基體匹配法與回歸分析方法,選擇合適的等離子體光譜儀工作條件，進行合理的背景扣除來消除干擾因素。

2.5 標準物質測定結果

選取標準物質作為分析試樣，按照實驗方法平行測定10次，計算測定值的相對標準偏差，實驗結果如表2，相對標準偏差小于3%。

表2 標準物質分析結果

2.6 檢出限

按照上述實驗操作步驟，應用所建立的標準曲線，測定空白溶液11次，測定結果標準偏差的3倍作為檢出限，測定結果見表2，方法檢出限(n=11)小于0.005%。

2.7 精密度與回收實驗

稱取一個樣品3份，每份加入標準溶液，按照實驗方法進行測定，計算回收率(%)。結果見表3。

表3 精密度與回收實驗結果

2.8 樣品分析

通過實驗得到儀器最佳工作條件，對鉬鐵樣品中鉻、錳、鎳、硅微量元素進行測定。測定了元素的檢出限，進行了干擾實驗，精密度和準確度實驗，結果的相對標準偏差RSD(n=10)小于3%，采用基體匹配法繪制工作曲線，各元素工作曲線的線性相關系數大于0.999 0,建立了ICP-AES法測定鉬鐵中微量元素的分析方法。本方法準確、簡便、快速，測量范圍(質量分數)為鉻0.005 0%～5%；錳0.01%～10%；鎳0.01%～5%；硅0.01%～4%。

3 結語

本實驗方法用于原材料物質分析,測定偏差在允許差范圍內,方法檢出限小于0.003%,標準物質的測定值與認定值相符,與傳統方法相比，檢測周期短，精密度高，溶解試樣徹底，不需多次分解試樣，簡化了分析程序，避免使用高污染性酸，減少了污染。本方法用于實踐操作性強，滿足了鋼輪、核電等產品對原材料的化學成分嚴格控制的要求，能有效防范原材料帶來的產品質量安全風險。