電感耦合等離子體發射光譜(ICP-AES)法同時測定低合金鋼中的Bi、Pb、Ca、B、As、Sn和Sb

康強 卜兆杰 王曉璇 寇德祥 張金昌?

（蘭州蘭石檢測技術有限公司 蘭州 730314）

前言

在碳鋼中加入一種或多種合金元素且這些元素總量小于5%，這種鋼稱之為低合金鋼。低合金鋼因其優異性能，廣泛應用于各種壓力容器、工程機械、橋梁、車輛的制造中。低合金鋼中除主量元素外，其他雜質元素含量較低。砷、錫、銻、鉍、鉛在鋼鐵冶煉中俗稱五害元素，極易導致低合金產生宏觀裂紋，嚴重影響其性能，且冶煉過程無法去除［1］；微量的鈣能影響低合金鋼的力學性能，也會影響鋼水的澆筑性能［2］；而硼元素能提高低合金鋼的淬透性，但含量過高又會使其韌性降低［3］。低合金鋼中鉍、鉛、鈣、硼、砷、錫、銻這些元素含量一般低于0.01%，已至痕量水平。雖然這些元素含量較低，卻對鋼鐵性能影響巨大。為保證產品質量，準確測量這七種痕量元素顯得極為重要。目前，實驗室痕量元素的測量多以ICP-MS 為主，該儀器價格昂貴，大多實驗室尚無配備。近年來ICP-AES 測量精度越來越高，檢出限也越來越低，元素含量范圍在0.001%～0.01%的元素，ICP-AES即可滿足要求。

1 實驗部分

1.1 儀器及工作條件

SPECTRO BLUE SOP 電感耦合等離子體原子發射光譜儀（德國斯派克分析儀器公司），射頻功率1400W；泵速30r/min；霧化器流量1L/min；輔助氣流量1L/min；觀測方向為垂直方向。

1.2 試劑及材料

Bi、Pb、Ca、B、As、Sn 和Sb 標準儲備溶液（100μg/mL，由國家有色金屬及電子材料分析測試中心提供），使用時按需稀釋。高純鐵粉（＞99.99%）硝酸為優級純，實驗用水滿足分析實驗室二級水要求。實驗所用燒杯容量瓶均用硝酸溶液（10%）浸泡10 小時，并用去離子水反復沖洗。

1.3 實驗方法

稱取低合金鋼樣品0.5g（精確至0.0001）于100mL 石英燒杯中，加入20mL 稀硝酸（1：3），在電熱板上低溫溶解，待完全溶解后冷卻，定容100mL塑料容量瓶中待測，另外稱取十份0.5g 高純鐵隨同試料做空白試驗。

1.4 標準曲線繪制

稱取六份0.5000g高純鐵按試料方法溶解、冷卻移入100mL塑料容量瓶中，將稀釋好的Bi、Pb、Ca、B、As、Sn 和Sb 標準溶液加入容量瓶中，使六份溶液的加入元素濃度分別為0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0μg/mL，用水稀釋至刻度，搖勻，用ICP-AES 法進行測定，并繪制標準曲線。

2 結果與討論

2.1 溶樣方法的選擇

低合金鋼溶解一般選擇鹽酸加過氧化氫或稀王水溶樣。鹽酸和過氧化氫雖然能夠迅速溶解樣品，但反應過于劇烈，且后期需加熱除掉雙氧水，操作繁瑣。稀王水同樣溶樣迅速，但引入鹽酸，造成背景值增高，不利于分析。稀硝酸是ICP-AES 分析中的最佳溶劑，其背景值低，且能夠很好的溶解低合金鋼，溶解形成的硝酸鹽均為可溶性鹽，最終選擇稀硝酸（1：3）溶解樣品。

2.2 校準曲線與檢出限

在儀器最佳工作條件下，對空白和標準溶液進行測定，待測元素在測定范圍內線性相關系數均大于0.995。按照試驗方法對空白樣品連續測定10次，計算其標準偏差，并按照3 倍標準偏差計算其檢出限，并將檢出限換算成百分含量，結果如表1所示。

表1 標準曲線線性相關系數和檢出限

2.3 方法精密度

為了檢驗該方法的重現性，對同一低合金鋼樣品連續測定6次，計算其相對標準偏差（RSD）均小于3%，方法重現性良好，結果如表2所示。

表2 方法的精密度實驗

2.4 方法準確度

在樣品中添加混合標準溶液，按照本實驗方法進行加標回收實驗，通過計算可以得到加標回收率在95.50%～106.5%，測定結果準確可靠，結果如表3所示。

表3 加標回收實驗

3 結論

實驗結果表明，采用電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-AES）法測定低合金鋼中Bi、Pb、Ca、B、As、Sn 和Sb，具有較低的檢出限，且該方法溶樣方法簡單，分析速度快，檢測結果準確可靠，在日常的分析檢測中極大的提高了工作效率。