電感耦合等離子體原子發射光譜法同時測定非晶合金中硅、硼元素含量

支 浩

（山東省冶金科學研究院有限公司，山東 濟南250014）

1 前 言

非晶合金具有高強韌性和優良的磁性被廣泛應用于薄板工藝及高功率變壓器鐵芯、傳感器、微型齒輪等結構零件中。硅和硼作為重要控制元素，決定了非晶合金的材料性能，因此快速準確測定非晶合金中硅和硼的含量具有重要意義。

目前非晶合金的測定方法尚無國家標準。光電直讀光譜法雖然從原理上可以測定，但目前國內外找不到同材質的標樣，另外對于厚度只有不到2 mm 的產品無法制樣，故光電直讀光譜法不適用。文獻［1］報道了鐵基非晶合金中硅和硼的分析方法，硅和硼需要分別測定，方法繁瑣，試劑消耗多。有相關的文獻［2］介紹了電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES法）測定非晶合金高含量硼，溶樣過程需要加入氫氟酸，氫氟酸與硼形成穩定的絡合物產生嚴重的化學干擾，且無法實現同時測定硅量。本方法利用ICP發射光譜技術基體干擾少，可以靈活匹配基體的特點，以堿熔融樣品，酸化后直接導入等離子體，克服了化學干擾，實現了非晶合金中硅、硼含量的同時的測定。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

儀器及測量條件：德國SPK公司生產的CIROS VISION FVS12 型（垂直矩管）電感耦合等離子體光譜儀，功率1 350 W，霧化氣流量1.0 L/min，輔助氣流量0.8 L/min。觀測方式：軸向觀測。試劑：過氧化鈉熔劑；鹽酸，ρ1.19 g/mL；用硅標準溶液（1.0 mg/mL）配成含硅為500 μg/mL 的標準溶液；用硼標準溶液（1.0 mg/mL）配成含硼為500 μg/mL 的標準溶液；所用試劑均為分析純。

2.2 分析步驟

2.2.1 樣品的處理

稱取0.100 0 g試樣于鐵坩堝中，加入2.0 g過氧化鈉，于750 ℃馬弗爐中熔融15 min，取出冷至室溫，于水溶液浸取，鹽酸酸化至棕色沉淀消失，再過量20 mL，移入250 mL容量瓶中，以水定容，搖勻。

2.2.2 標準曲線的繪制

稱取0.100 0 g與樣品基體相近的不同梯度的5個鋼樣標準物質于鐵坩堝中，按照2.2.1 方法處理樣品后，分別加入0、1.0、5.0、7.0、10.0、15.0 mL 硅、硼標準溶液，定容，在工作條件下導入等離子體中，繪制硅、硼工作曲線。硅、硼工作曲線分別見圖1、圖2。

圖1 鐵基非晶合金中硅元素工作曲線

圖2 鐵基非晶合金中硼元素工作曲線

3 結果與討論

3.1 分析譜線的選擇

對于分析譜線的選擇，通常根據待測元素含量的高低以及樣品中存在的干擾元素，選擇發射凈強度大、信背比高、共存元素干擾少的譜線作為待測元素分析譜線。本實驗通過對硅、硼元素多條譜線進行綜合比較，選擇的硅212.412 nm、硼249.773 nm為最佳分析譜線。

3.2 樣品處理方法的選擇

非晶合金中硅、硼測定，大都采取酸溶法，測定高含量硼一般采取硫酸高溫冒煙才能完全溶解。由于非晶合金樣品中硅含量也較高，硫酸冒煙過程中會產生絮狀難溶解沉淀，致使硅無法測定，同時由于硅的絮狀沉淀會裹挾部分硼，因而影響硼的測定。采用硝酸氫氟酸混合溶樣，雖然能使試樣溶解完全，卻因為氫氟酸與硼形成穩定的絡合物影響ICP 激發，產生化學干擾。GB/T 223.5—2008 中規定了鋼鐵中硅的溶樣方法，需要酸溶后再過濾處理殘渣，雖然該法能夠滿足硅、硼的同時溶解，但方法繁瑣。本方法直接以鐵鎳坩堝過氧化鈉熔融、酸化，簡化了溶樣過程。

3.3 熔融方法試驗

影響熔融效果的因素主要是溫度、時間和熔劑的加入量。溫度過高，熔融時間長，易熔穿坩堝。本方法加2.0 g 過氧化鈉，750 ℃下熔融15 min，坩堝不被熔穿，而試樣溶解完全。

3.4 基體干擾的校正

由于沒有含高硼的標樣，本實驗采用鋼樣打底再加入不同含量的硅、硼標準溶液繪制工作曲線，以此消除基體干擾。

3.5 共存元素干擾的消除

分別配制5.0 μg/mL濃度的錳、鎳、釩、磷、銅的單標溶液，用等離子體發射光譜儀分別掃描各單標溶液中硅、硼待測元素分析線波長處的背景信號強度值，結果表明，對硅、硼元素的測定無干擾。

4 樣品分析

4.1 方法的精密度實驗

對外部委托的非晶合金樣品中硅、硼元素以本實驗方法進行測試，收集3 d 數據，每天測定3 次，收集的9次結果見表1。

表1 精密度實驗數據 %

表1測試數據可表明，本方法的精密度好。

4.2 加標回收試驗

由于沒有高硅、硼合金標準樣品，對武鋼生產的硅鋼標準樣品（YSB 14237—03）和重慶特鋼生產的SiMnMoVTiB（102—734）按實驗方法操作，在兩份標準物質中分別加入不同量的硅、硼標準溶液，進行硅、硼回收實驗，測定結果見表2。

表2 加標回收實驗數據

從表2數據可以看出，該方法有著較高的回收率，證明該方法準確可靠。

5 結 語

實驗證明，本方法通過過氧化鈉熔融，控制熔融溫度和時間，匹配基體，不需要分別測定，實現了非晶合金高硅、硼元素含量的同時測定，簡化了操作步驟，具有較強的可操作性。