ICP-OES法測定鎳鐵中鎳含量

田小亭，王 凡，金 英

(內蒙金屬材料研究所，內蒙古 包頭 014034)

鎳鐵在煉鋼工業中作為合金元素添加劑，可提高鋼的抗彎強度和硬度，在鑄鐵中可使其結構均勻，密度提高，也可用作含鎳或含鎳鉻鑄鐵軋輥及其他鑄造合金加入劑。

鎳鐵一般按照品位即鎳含量進行分類，國內比較流行的分類方法是根據冶煉的設備將鎳鐵分為高爐鎳鐵和電爐鎳鐵，其中高爐鎳鐵品味一般較低，大多含鎳8%以下，而電爐鎳鐵一般含鎳8%以上。對于鎳鐵中的鎳含量，采用的是乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)絡合滴定法和丁二酮肟重量法[1-2]。兩種方法分析周期長，消耗試劑多，樣品量多時，不能滿足客戶的進度要求。本文針對這一問題做了大膽創新，在所用儀器及器皿經過校準的情況下，選擇最佳譜線，配置合適標準曲線，用ICP-OES法檢測，分析速度快，可以更好地滿足進度要求[3-14]。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

BLUE型全譜直讀電感耦合等離子體發射光譜儀，德國斯派克。

硝酸(ρ=1.42 g/mL)；鹽酸(ρ=1.19 g/mL)；氫氟酸(ρ=1.15 g/mL)；高氯酸(ρ=1.67 g/mL)；鎳標準溶液(1000 μg/mL，直接購買)；高純鐵(鐵含量≥99.98%，鎳含量≤0.001%)；鎳鐵標準物質(GBW(E)010421、GBW(E)010422)。

所用試劑均為分析純。

1.2 儀器工作條件

儀器主要參數：工作高頻27.12 MHz，輸出功率1250 W，冷卻氣流量15 L/min，輔助氣流量1.00 L/min，霧化氣流量0.80 L/min，蠕動泵轉速30 rpm，樣品提升量2.00 mL/min，預沖洗時間15 s，分析時間45 s。

1.3 試驗方法

準確稱取0.1000 g鎳鐵樣品于200 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入10 mL硝酸，10 mL鹽酸，5 mL氫氟酸，加熱溶解樣品，反應停止，取下加5 mL高氯酸，繼續加熱冒煙至流動的濕鹽狀，稍冷，加入10 mL鹽酸溶解鹽類，冷卻至室溫，移入100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。隨同樣品做空白。

1.4 工作曲線的配制

鎳鐵樣品鐵元素為主含量，稱取6份0.1000 g高純鐵，按照1.3試驗方法溶解，分別轉移至工作曲線容量瓶中，做到基體匹配，消除干擾。加入鎳標準溶液，工作曲線濃度為25 μg/mL、50 μg/mL、100 μg/mL、150 μg/mL、200 μg/mL。

2 結果與討論

2.1 分析譜線的選擇

ICP靈敏度高，線性范圍寬，每個元素有很多條譜線，每條譜線干擾元素都不同，選擇合適的譜線非常重要。選取兩個鎳鐵標準樣品GBW(E)010421和GBW(E)010422，選取鎳元素四條分析譜線進行試驗，結果見表1。

表1 分析譜線試驗結果

由表1結果可知：譜線231.604 nm測定值與標準值最接近，該譜線鈷元素可能存在干擾，試驗結果說明該譜線共存元素干擾可忽略不計。考慮鎳元素準確度及譜線干擾，選擇譜線231.604 nm作為分析譜線。

2.2 稱樣量研究

國標要求稱樣量是一個特定的值或者一個小區間的特定范圍。稱樣量小，有利于樣品的消解，但同時會導致所分析的樣品欠缺足夠的代表性；而稱樣量大，會增加消解酸的用量，且不利于樣品在酸溶液中的分散。在保證結果準確度的前提下，選擇合適的稱樣量即有利于樣品消解又有利于節能減耗。選取鎳鐵標準物質GBW(E)010422進行不同稱樣量試驗，結果見表2。

表2 稱樣量試驗結果

由表2結果可知：在上述稱樣量范圍內，鎳的測定結果均不超出允許誤差0.25%(參照GB/T30072-2013)，考慮到環保和節能，稱樣量選擇0.1000 g。

2.3 試樣分解研究

試樣的消解是成分分析試驗的關鍵。按試驗方法分別加入不同比例的硝酸、鹽酸、氫氟酸以及高氯酸對試樣的消解效果進行試驗。試驗結果表明硝酸用量10 mL、鹽酸用量10 mL、氫氟酸用量5 mL、高氯酸用量5 mL，測定結果比較穩定。試樣消解時，加熱板溫度不宜過高，否則酸蒸發過快，試樣來不及消解完全，造成分析結果偏低。

消解狀態以試樣被分解成濕鹽狀為最佳。消解完畢后，補加10 mL鹽酸溶解鹽類，與此同時也能達到試樣酸度大致統一的目的，從而使帶標準樣品進行的檢測分析數據更加具有說服力和進行更好的檢測質量控制。

2.4 分析譜線的線性方程、相關系數

選取鎳元素譜線231.604 nm，設置最佳儀器工作條件，鐵基體溶液打底，測定鎳元素工作曲線，如圖1所示。

圖1 工作曲線

由圖1可知：鐵基體溶液打底的鎳元素相關系數在0.999以上，符合ICP的要求。在工作曲線下運行多遍空白，計算方法檢出限為0.249%。

2.5 干擾試驗

鎳鐵中鐵和鎳為主含量，鐵基體對鎳元素發射強度有影響，且對強度的增感或抑制是同時存在的，配置工作曲線時加入鐵溶液消除基體干擾。雜質元素硅含量居多，溶解時加氫氟酸，高氯酸冒煙可以消除硅元素的干擾。其余雜質元素含量很低，干擾可以忽略不計。

2.6 樣品分析

按照上述條件試驗的最優方案，對兩個鎳鐵標準物質GBW(E)010421和GBW(E)010422平行測定11次，結果見表3。

表3 方法的對比結果(n=11)

由表3結果可知：兩個鎳鐵標準物質GBW(E)010421和GBW(E)010422鎳含量誤差均在國家標準允許誤差內0.25%(參照GB/T30072-2013)。計算11組測定結果，兩個鎳鐵標準物質GBW(E)010421和GBW(E)010422相對標準偏差RSD分別為0.645%，0.466%。符合化學分析方法的一般要求。

3 結 論

通過上述系列研究結果表明：準確稱取0.1000 g鎳鐵樣品于200 mL聚四氟乙烯燒杯中，按照試驗方法消解后，采用鎳元素最佳譜線231.604 nm，配置工作曲線，利用ICP-OES法能準確、快速的進行鎳鐵中鎳含量的測定。同時該方法還具有操作簡易、線性范圍寬、準確度高、便于檢驗員操作的優點。