一種測定鉻鎳生鐵中鎳鉻錳磷鉬銅鈷的最新方法
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作者：李斌
含鉻鎳生鐵的質(zhì)量對(duì)于使用企業(yè)至關(guān)重要，為了準(zhǔn)確控制含鉻鎳生鐵的產(chǎn)品質(zhì)量，必須對(duì)化學(xué)成分進(jìn)行檢測和準(zhǔn)確控制，常規(guī)檢測的元素有鎳、錳、磷、鉻、鉬、銅、鈷、硅等。
一般采用傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法對(duì)含鉻鎳生鐵中多個(gè)元素進(jìn)行檢測，采用的檢測方法分別為：GB/T223. 25-1994《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法丁二酮肟重量法測定鎳量》測定鎳，GB/T 223. 11- 2008《鋼鐵及合金鉻含量的測定可視滴定或電位滴定法》測定鉻，GB/T 223. 63 -1988《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法高碘酸鈉（鉀）光度法測定錳量》或者GB/T223. 64-1988《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法火焰原子吸收光譜法測定錳量》測定錳，GB/T 223. 62-1988《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法乙酸丁酯萃取光度法測定磷量》或者GB/T 223. 59 - 2008《鋼鐵及合金磷含量的測定鉍磷鉬藍(lán)分光光度法和銻磷鉬藍(lán)光度法》測定磷，GB/T 223. 26- 2008《鋼鐵及合金鉬含量的測定硫氰酸鹽分光光度法》測定鉬，GB/T223.19-1989《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法新亞銅靈三氯甲烷萃取光度法測定銅量》或者GB/T223. 53 1987《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法火焰原子吸收分光光度法測定銅量》測定銅，GB/T 223. 22-19 94《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法亞硝基R鹽分光光度法測定鈷量》或者GB/T 223. 65 -1988《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法火焰原子吸收光譜法測定鈷量》測定鈷。采用傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法，測量分析周期較長，分析過程復(fù)雜，檢測效率低，不能滿足企業(yè)及時(shí)分析及時(shí)使用的要求。
電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)具有多元素同時(shí)測量的特點(diǎn)，在鎳基合金材料和生鐵材料中的應(yīng)用已有報(bào)道。對(duì)含鎳鉻生鐵中高鎳和高鉻及其他元素同時(shí)測定的方法卻鮮見報(bào)道。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，建立了ICP-AES測定含鉻鎳生鐵中鎳、鉻、錳、磷、鉬、銅和鈷元素的方法。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 儀器與工作條件
Optima 5300V型全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國PE公司）。儀器最佳工作條件見表1所示。
1.2 主要試劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液
釔標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 000 ug／mL，稱取1.269 9 g三氧化二釔（質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99. 9%，預(yù)先經(jīng)1 000℃灼燒th后，置于干燥器中，冷卻至室溫），置于500mL燒杯中，加入50 ml。鹽酸(1+1)，加熱溶解，冷卻至室溫，移入1 000 mL容量瓶中，定容，搖勻，使用時(shí)逐級(jí)稀釋至10 ug/mL。
鹽酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
1.3.1 樣品處理
稱取0. 25 g（精確到0.000 l g）含鉻鎳生鐵樣品，置于150 mL三角瓶中，加入15 mL王水，于電熱板上低溫溶解3～5 min，滴加數(shù)滴氫氟酸，加入10 ml高氯酸繼續(xù)加熱溶樣，冒高氯酸煙至剩余2～3 ml液體時(shí)，取下，加入10 ml。硝酸(1+3)溶解鹽類，冷卻，溶液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，加入10mL 10 ug／mL釔標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容，搖勻，待測。
1.3.2 校準(zhǔn)曲線的繪制
根據(jù)含鉻鎳生鐵各元素的含量范圍，設(shè)計(jì)的校準(zhǔn)曲線中各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為：w(Ni)一2．O%～20. 0%,w(Cr) =0. 50%～10. 0%,w(Mn)～0.05%～2. 0%，w(P)一0.005%～0.12%，w(Mo) -0.005% -0.20%，w( Cu)一0.005%～0.50%，w(Co)一0. 005%～0. 50%。通過含量搭配最終選定7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品／控制樣品作為校準(zhǔn)系列樣品，見表2。表2中：YSBC23307中低合金鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品由撫順特殊鋼股份有限公司研制，YSBC15 212和YSBC15213低合金鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品由太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司研制；控制樣品為由國標(biāo)方法定值的鉻鎳生鐵樣品，其中鎳、鉻、錳、磷、鉬和銅的參考值分別為采用國家標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)分析方法GB/T 223. 25-1994、GB/T 223.11- 2008、GB/T 223. 63-1988、GB/T 223. 62 1 988和GB/T 223. 19 -1989進(jìn)行測定的平均值。當(dāng)待測含鉻鎳樣品中某元素含量超出此標(biāo)準(zhǔn)系列樣品元素范圍時(shí)，可以適當(dāng)增加標(biāo)準(zhǔn)樣品／控制樣品。
2 結(jié)果與討論
2.1 稱樣量
考慮到低含量的磷、銅、鈷等元素的測定及取樣的代表性，實(shí)驗(yàn)稱取0. 25 g樣品，定容至100 mL。
2.2溶樣酸
分別采用硝酸、王水、王水一高氯酸冒煙、王水滴加氫氟酸高氯酸冒煙溶解樣品，進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，觀察溶樣效果，結(jié)果表明：0. 25 g樣品使用15 ml．王水溶樣，并滴加氫氟酸后使用高氯酸冒煙溶樣效果良好，同時(shí)為了確保高氯酸冒煙后鉻元素測定結(jié)果不偏低，冒高氯酸煙一定要控制程度一致，建議以樣品完全溶解并冒高氯酸煙后瓶中仍留有2～3 mL液體時(shí)取下，溶解鹽類。
2.3分析譜線
由于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜具有豐富的原子譜線和離子譜線，而全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀最大優(yōu)點(diǎn)是分析譜線的選擇非常靈活，每個(gè)元素可同時(shí)選擇多條譜線進(jìn)行比較，根據(jù)待測元素的含量情況選取光譜干擾小、靈敏度高或穩(wěn)定性好的譜線進(jìn)行測定。
分別制備10ug／mL待測單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液和干擾元素溶液（干擾元素溶液中主要為基體元素鐵和共存元素鎳鉻錳等，總質(zhì)量濃度為1 000 Ug/mL，根據(jù)樣品中各主要元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行配比），每個(gè)待測元素選取儀器推薦的2～3條分析譜線，于所選分析譜線處測定待測單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液、干擾元素溶液和空白水溶液的譜線絕對(duì)強(qiáng)度，檢查干擾元素對(duì)待測元素的光譜干擾情況。由儀器Winl.ab32軟件中Examine提供的功能，逐一觀察各待測元素所選分析譜線的光譜干擾情況。按照公式K一√妥竿等灑計(jì)算各待測元素的光譜干擾系數(shù)（其中K為待測元素的干擾系數(shù)；In為凈分析強(qiáng)度，Im、凈干擾強(qiáng)度），最終選擇檢出限低、光譜干擾小或光譜干擾易被扣除的譜線為分析線。見表3。
2.4 儀器測量條件
在電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜中，影響分析性能的因素較多。除儀器特性之外，高頻功率、載氣流量及觀測高度等參數(shù)也影響分析性能，適當(dāng)?shù)貎?yōu)化這些分析參數(shù)可以獲得較好的分析性能。
固定其它實(shí)驗(yàn)條件，分別在高頻功率為1100～1400 W，載氣流量為0.6～1.1L／min，觀測高度為5～25 mm范圍內(nèi)進(jìn)行單因素試驗(yàn)。結(jié)果表明：隨著高頻功率的增加，各待測元素的發(fā)射強(qiáng)度、背景強(qiáng)度和背景等效濃度均隨之不斷增加；隨著載氣流量的提高，待測元素發(fā)射強(qiáng)度先增再減，而元素背景等效濃度逐漸變小，其中在0. 8～0.9 L／min時(shí)發(fā)射強(qiáng)度最大；隨著觀測高度的增加，待測元素譜線發(fā)射強(qiáng)度先增加后減小，而背景等效濃度先減小后增加，其中在觀測高度為16～17 mm時(shí)，待測元素的背景等效濃度最低。
兼顧如何獲得較強(qiáng)的檢測能力、較小的基體效應(yīng)和適用于多元素的同時(shí)測定，需要根據(jù)所測具體元素情況進(jìn)行綜合考慮，選擇一種適用于多個(gè)元素同時(shí)測定的較好折中條件。實(shí)驗(yàn)最終選擇儀器工作參數(shù)為高頻功率為1 300 W，載氣流量為0.8 L／min，觀測高度為16 mm。
2.5 線性范圍和相關(guān)系數(shù)
采用標(biāo)準(zhǔn)樣品／控制樣品制備校準(zhǔn)系列溶液，在ICP光譜儀上繪制校準(zhǔn)曲線，由于標(biāo)準(zhǔn)樣品／控制樣品和待測樣品各元素含量及元素組成狀態(tài)（氧化物、各種化合物等）一致并采用相同的溶解方式，避免了校準(zhǔn)系列溶液制備和滴加誤差以及繪制校準(zhǔn)曲線無法有效匹配碳硅等元素、樣品處理不一致等帶來的測定誤差，解決了樣品各元素組成狀態(tài)（氧化物、各種化合物等）不一致需基體匹配的問題。
在儀器工作條件下測量校準(zhǔn)系列溶液，采用釔作為內(nèi)標(biāo)元素（磷元素除外）繪制校準(zhǔn)曲線，計(jì)算校準(zhǔn)曲線線性相關(guān)系數(shù)，見表4。結(jié)果表明：各元素校準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系良好，線性相關(guān)系數(shù)均大于o．999，其中鎳元素的線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999 9。
2.6 方法的檢出限和測定下限
稱取o．25 g（精確到o．000 1 g）高純鐵粉，按照實(shí)驗(yàn)方法制得基體空白溶液。在選定的實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)空白溶液連續(xù)測定11次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法的檢出限，以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法的測定下限，結(jié)果見表5。由表5可見：各元素的方法檢出限為0.002 0～0. 020 ug／mL，測定下限為0.006 8～0. 067 ug／mL，可以滿足日常含鉻鎳生鐵分析的要求。
3 樣品分析
按照實(shí)驗(yàn)方法測定含鉻鎳生鐵樣品，計(jì)算測定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，將鎳、鉻、錳、磷、鉬、銅、鈷元素測定結(jié)果的平均值與國家標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)分析方法測定值進(jìn)行對(duì)比，見表6。由表6可見：實(shí)驗(yàn)方法測定結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)分析方法基本一致，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，n一11）為0.53%～5.0%。
4摘要：
采用王水并滴加氫氟酸溶解含鉻鎳生鐵樣品，高氯酸冒煙，采用標(biāo)準(zhǔn)樣品／控制樣品制作校準(zhǔn)曲線，測定過程采用內(nèi)標(biāo)法，實(shí)現(xiàn)了使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法( ICPAES)測定含鉻鎳生鐵中高鎳、高鉻以及錳、磷、鉬、銅和鈷等元素的測定。在儀器工作條件下，各元素校準(zhǔn)曲線線性相關(guān)系數(shù)均大于0. 999，其中鎳元素線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999 9。方法中各元素的檢出限為0. 002 0～0.020 Ug／mL。采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)含鉻鎳生鐵實(shí)際樣品中的鎳、鉻、錳、磷、鉬、銅和鈷含量進(jìn)行測定，結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)分析方法基本一致，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，n=11）在0.535～5.0%之間。
