等离子体发射光谱法测定钢铁样品中微量稀土元素镧和铈

刘国军 张文兵 吴志鸿 张建平

(内蒙古北方重工业集团有限公司，包头 014033)

等离子体发射光谱法测定钢铁样品中微量稀土元素镧和铈

刘国军 张文兵 吴志鸿 张建平

(内蒙古北方重工业集团有限公司，包头 014033)

稀土元素被人们称为钢中的“维生素”，适量的稀土元素对钢铁材料的性质起着重要的作用。用电感耦合等离子发射光谱法测定钢铁样品中的微量稀土杂质，研究了分析谱线的选择方法、基体效应的消除以及工作曲线的优化，测定结果的相对标准偏差为1.02%，加标回收率为91%～94%。

稀土元素 分析谱线 干扰消除

在低合金钢和高合金钢中添加稀土元素，可生产出硫含量极低的钢材，有效地控制夹杂物的形状，使钢各个方向的性能趋于均衡，能显著地改善特厚钢板厚度方向的塑性和韧性，提高钢铁的强度、耐磨性和抗氧化等性能［1］。我国稀土在钢中的应用开始于20世纪60年代初，主要利用其改善钢的强度和耐磨性。

由于稀土元素的外层电子结构大致相同，它们的物理化学性质相似，很难用一般的化学分析方法进行单一稀土元素的测定，而大多采用物理的分析方法或化学与物理相结合的方法。稀土元素的分析方法有质量法、容量法、分光光度法、荧光光度法、质谱分析法等［2］。钢铁样品中稀土元素的含量很低，一般含量在μg/mL级。笔者选用灵敏度高、选择性好的ICP等离子发射光谱法分析钢铁样品中微量稀土元素镧和铈，经过验证，测定结果准确、可靠。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

单道扫描ICP等离子发射光谱仪：JY-ULTIMA2型，日本Horiba公司;

盐酸溶液(1+1);

硝酸溶液(1+1);

过氧化氢：30% 。

1.2 仪器工作条件

工作线圈：内循环水冷却方式;最佳工作室温度：(23±2)℃;炬管类型：三层同心石英管;入射功率：1 000 W;反射功率：＜1 W;等离子气流量：12 L/min;护套气流量：0.2 L/min;进样泵速：20 r/min;载气压力：0.6 MPa。

1.3 标准溶液的制备

1.3.1 镧标准溶液

称取0.117 g经850℃灼烧1 h的氧化镧(纯度＞99.99%)，置于100 mL烧杯中，加入10 mL盐酸溶液，低温溶解后，取下冷却，移入1000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。此溶液中镧的含量为0.1 mg/mL。吸取10 mL此溶液再稀释到1000 mL容量瓶中，此时溶液浓度为1 μg/mL，备用。

1.3.2 铈标准溶液

称取0.123 g经850℃灼烧1 h的氧化铈(纯度＞99.99%)，置于100 mL烧杯中，加入10 mL硝酸溶液，加10 mL过氧化氢，低温溶解，取下冷却，移入1000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。此溶液中铈的含量为0.1 mg/mL。吸取10 mL此溶液再稀释到1000 mL容量瓶中，此时溶液浓度为1 μg/mL，备用。

1.3.3 混合标准溶液的制备

采用标准加入法制备。

称取0.2 g不含有稀土元素镧和铈的钢铁标准样品(编号02-6)4份，分别加入15 mL硝酸溶液加热溶解，冷却。分别加入镧标准溶液0、10、20、30 mL，对应加入铈标准溶液 0、5、10、20 mL，均稀释并定容至100 mL容量瓶中，此组溶液含镧含量分别为0、10、20、30 μg/mL;铈含量分别为 0、5、10、20 μg/mL。

1.4 样品处理方法

称取0.2 g试样于钢铁两用瓶中，加入15 mL硝酸加热溶解，若溶液不澄清则滴加几滴盐酸，溶解完全后取下，冷却，稀释至刻度，待测。

2 结果与讨论

2.1 分析线的选择

每种待测元素选择2～3条认为可信的灵敏线进行“profiles谱线描迹”来选择最佳波长。选取线背比高、无明显干扰的谱线作为分析线。

实验中选择了谱线La 408.671 nm、La 384.901 nm、Ce 413.380 nm、Ce 418.660 nm、Ce 446.021 nm，将被测试样和4种标准溶液分别进行profiles谱线轮廓描迹，谱线Ce 418.660 nm和La 408.671 nm左右干扰较小，轮廓清楚，层次分明。选用这两条谱线作为分析线。

2.2 分析参数设定

测量点和计算点选择3个，入射狭缝20，出射狭缝15，分析方法采用最大值法。

2.3 方法优化

对选定的分析谱线La 408.671 nm和Ce 418.660 nm进行寻峰(由于试样中的La、Ce含量很低，最好用纯标准溶液)、衰减(电压增益)、计算工作曲线，对电压进行适当调整，得到线性较好的工作曲线，曲线回归相关系数 La：0.99999，Ce：0.9999。

2.4 基体的影响及消除

被测样品为钢铁材料，选择与待测样品中各元素含量相似且不含待测元素的标准物质进行标准加入，并且使标准样品和被测样品同时溶解，保证基体和溶液的酸度相同，达到消除基体干扰、保证雾化效率一致的目的。

2.5 方法精密度

在相同条件下对同一样品进行6次平行测定，测定结果列于表1。由表1可知，测定结果的相对标准偏差为1.02%，证明该方法的测量精密度较好。

表1 平行测定试验结果 %

2.6 回收试验

对钢铁材料样品进行加标回收试验，分析结果见表2。由表2可知，回收率为91%～94%。

表2 钢铁样品中加标回收试验结果 %

3 结论

采用分辨率较高的ICP光谱仪，从谱线选择、分析参数确定、基体影响消除等多方面进行试验，所建立的方法简单、快速、准确、可靠，可用于钢铁材料中微量稀土元素镧、铈的测定。

［1］魏可媛.稀土元素在钢中的作用及对钢性能的影响［J］.中国集体经济，2011(22)：182-183.

［2］傅锦华，顾明通，常桂文.钢铁及其合金和铁矿石中稀土分析方法进展［J］.理化检验：化学分册，1996，32(5)：45-46.

DETERMINATION OF TRACE RARE EARTH ELEMENTS IN STEEL SAMPLES OF LANTHANUM AND CERIUM BY PLASMA EMISSION SPECTROMETRIC METHOD

Liu Guojun，Zhang Wenbing，Wu Zhihong，Zhang Jianping
(Inner Mongolia North Heavy Industries Group Co.Ltd.，Baotou 014033，China)

Rare earth elements were called"vitamin"in the steel，an appropriate amount of rare earth elements played a very important role in various grades of steel material.Inductively coupled plasma emission spectrometry method was used for the determination of trace rare earth impurities in steel samples，the selection of the spectral lines method，matrix effect elimination and working curve optimization was studied.RSD of the determination results was 1.02%，and the recoveries by the standard addition method was 91%-94%.

rare earth element，analysis of spectral line，interference cancellation

2011-10-28