ICP-AES法测定钢中的铈

任慧

［中国航天工业集团公司北京航空材料研究院，中航（试金石）检测科技有限公司，北京 100095］

ICP-AES法测定钢中的铈

任慧

［中国航天工业集团公司北京航空材料研究院，中航（试金石）检测科技有限公司，北京 100095］

建立了离子体发射光谱仪测定钢中铈元素的方法。为消除共存元素对铈分析谱线的光谱干扰，选择Ce 413.380 nm作为分析线，铈含量在0.005%～0.50%之间工作曲线线性良好。对于含量范围在0.005%～0.10%的铈元素，回收率为85.6%～112.5%，测定结果的相对标准偏差小于9.74%（n=8)；对于含量范围在0.10%～0.50%的铈元素，回收率为99.5%～103.0%，测定结果的相对标准偏差小于3.52%（n=8)。该方法适宜钢中含量范围在0.005%～0.50%的铈元素的测定。

ICP-AES；钢；铈

稀土元素铈对钢的性能有重要的影响。钢中添加铈能脱硫、脱氧，还可改变钢中夹杂物的形态与分布，使钢中气体及非金属夹杂物含量显著降低，细化晶粒，降低钢的脆性转变温度，提高钢的韧性，特别是轧后钢材横向和厚度方向的韧性提高更为显著。铈的传统分析方法为分光光度法［1］，此法操作繁琐，分析周期冗长，要使用有毒有机试剂进行萃取操作，分析结果的准确度得不到有效保证，尤其是测定铬、镍含量很高的钢中的铈，有一定的局限性。在国内标准和国际标准中，均没有ICP-AES 法测定钢中铈元素的分析方法［2-5］。

笔者采用ICP-AES 法测定钢中铈元素的含量，测量结果满足分析要求，方法简便快捷，准确可靠。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

ICP发射光谱仪：JY ACTIVA型，法国Horiba jobinyvon公司；

氧化铈：质量分数不小于99.95%，天津市光复精细化工研究所；

盐酸：ρ≈1.19 g／mL；

硝酸：ρ≈1.42 g／mL；

柠檬酸：优级纯；

铈标准溶液A：0.10 mg／mL，称取0.122 8 g预先烘烤（于110℃烘烤2 h）并在干燥器中冷却至室温的氧化铈于150 mL烧杯中，加入10 mL硝酸、10 mL过氧化氢，低温加热至溶解完全，冷却后移入1 000 mL容量瓶中，补加40 mL硝酸，用水稀释至刻度，摇匀；

铈标准溶液B：0.01 mg／mL，移取20.00 mL铈标准溶液A于200 mL容量瓶中，加入10 mL硝酸，用水稀释至刻度，摇匀；

铁基体溶液：20.0 mg／mL，称取20.0 g纯铁（质量分数不小于99.99%）于500 mL烧杯中，加入20 mL盐酸，低温加热至溶解完全，冷却后移入1 000 mL容量瓶中，补加盐酸80 mL，用水稀释至刻度，摇匀；

实验所用其它试剂为优级纯或光谱纯。

1.2 仪器工作条件

分析线：Ce 413.380 nm；高频功率：40.68 MHz；入射功率：1 300 W；反射功率：小于10 W；冷却气流量：14 L／min；护套气流量：0.2 L／min；检测器：CCD；积分方式：5像素点mean方式；积分时间：2～5 s。

1.3 样品制备

钢材试样的取样和制备参照文献［1］和文献［2］。

当样品中铈含量范围在0.005%～0.10%时，称取样品0.200 0 g于100 mL烧杯中，加入15 mL 盐酸，5 mL硝酸，低温加热溶解，溶解完全后冷却，加入2 g柠檬酸，加热，溶解完全后冷却，移入50 mL容量瓶，定容。

当样品中铈含量范围在0.10～0.50%时，称取样品0.100 0 g，照上述方式处理，最后于100 mL容量瓶中定容。

1.4 实验方法

按照1.3制备样品，用标准工作曲线法定量。

1.5 标准工作曲线的绘制

当样品中铈含量范围在0.005%～0.10%时，按1.3制备试剂空白溶液，移入50 mL塑料容量瓶中，分别加入适量铈标准溶液，加入适当的铁底液定容，使容量瓶中铈和铁的含量如表1所示。

表1 铈标准工作溶液浓度（铈含量0.005%～0.10%）

当样品中铈含量范围在0.10%～0.50%时，按1.3制备试剂空白溶液，移入100 mL塑料容量瓶中，分别加入适量铈标准溶液，加入适当的铁底液定容，使容量瓶中铈的含量如表2所示。

表2 铈标准工作溶液浓度（铈含量0.10%～0.50%）

按仪器说明书使仪器最优化，待仪器稳定后，在选定的仪器工作条件及分析线波长下，采用制备的标准系列溶液对仪器进行标准化，依次测定标准溶液中铈的百分含量，以铈的质量分数为横坐标，光谱强度为纵坐标，绘制标准工作曲线。

2 结果与讨论

2.1 分析波长的选择

根据钢中各牌号的化学成分，配制了包括试剂空白溶液、基体元素溶液、共存元素溶液、分析元素溶液在内的各光谱干扰研究试验溶液，通过测量分析确定413.380 nm作为分析波长。

2.2 溶样酸的选择

分别利用王水、硫酸和氢氟酸溶解样品，测定样品中铈的含量，测定结果列于表3。经过测量发现，硫酸溶解方法测得的数据偏低，王水溶解方法和HF酸溶解方法的测量结果基本一致，因此选择最简单的溶样方法王水溶解法。

表3 不同溶样方式铈含量测定结果 %

2.3 称样量的确定

在两只100 mL容量瓶中分别加入0.1 mg／mL的铈标准溶液0，5.00 mL，稀释至刻度，摇匀，溶液中铈元素的含量分别为0，5.0 μg／mL，两份标准溶液分别记为S1-Ce、S2-Ce。

在100 mL容量瓶中加入10 mL 盐酸和5 mL硝酸，稀释至刻度，摇匀，记为HCl-15。

分别测量10次HCl-15溶液，得出检出限为0.004 μg／mL。由计算出的仪器检出限和本工作所研究的铈元素的含量范围可知，铈元素的最低含量应在铈元素的仪器检出限的10倍以上，因此可以确定当样品中铈的含量在0.005%～0.10%时，称取样品0.200 0 g，溶解后定容于50 mL容量瓶中进行测量；当样品中铈的含量在0.10%～0.50%时，称取样品0.100 0 g，溶解后定容于100 mL容量瓶中进行测量。

2.4 基体对测量准确度的影响

分别采取无基体标准溶液系列、匹配基体标准溶液进行测量，样品中铈元素含量测定结果列于表4、表5。

由表4、表5可知，标准物质中铈的测得值与标准值有一定的差异，整体偏高，样品回收量比加入量整体偏低；用有基体的工作曲线测量，标准物质的测量结果与标准值的差异较小。因此在对分析结果准确度要求不是很高时，可以用无基体的工作曲线测量；而对分析结果准确度要求较高时，应考虑用有基体的工作曲线进行测量。

表4 钢铁样品中铈含量（0.005%～0.10%）测定结果 %

表5 钢铁样品中铈含量（0.10%～0.50%）测定结果 %

2.5 工作曲线

按照钢中铈的含量范围，配制相应的标准溶液并进行测量，拟合工作曲线，相关系数见表6。

表6 合成溶液基体匹配工作曲线测定铈的线性试验结果

由表6可知，含量范围在0.005%～0.10%和0.10%～0.50%的铈工作曲线线性关系均良好。

2.6 检出限

用工作曲线法连续进行10次铁基空白溶液的测量，检出限计算结果见表7。

表7 钢中铈元素的检出限 %

由表7可知，基体匹配工作曲线法测定铈的方法检出限为0.001 4%，可以满足钢中含量在0.005%～0.50%范围的铈元素的测量要求。

2.7 准确度、精密度试验

按照实验方法处理8份样品，分别测定样品中铈的含量，并进行加标回收试验，测定结果见表8。

表8 回收试验结果 %

由表8可知，用此方法测定钢及钢合成样品中铈元素的含量，测量结果的相对标准偏差一般较小，加标回收率为85.6%～112.5%，表明测量精密度和准确度均较高。

3 结语

采用ICP-AES法测定钢中的铈，方法简便，测定结果稳定、可靠，灵敏度和准确度较高，分析结果的误差符合国家标准要求，可应用于实际生产的检验中。

［1］GB／T 223.72-1991 钢铁及合金化学分析方法［S］.

［2］GB／T 20125-2006 低合金钢多元素含量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法［S］.

［3］GB／T 20127-2006 钢铁及合金痕量元素的测定标准方法［S］.

［4］ISO 13898-1997 钢和铁：镍、铜和钴含量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱分析法［S］.

［5］ISO 10278-1995 钢：锰含量测定电感耦合等离子体原子发射光谱分析法［S］.

Determination of Ce in Steel by ICP-AES

Ren Hui
（AVIC Beijing Institute of Aeronautical Materials， AVIC Testing Innovation Copperation， Beijing 100095， China）

The method for determining Ce in steel by ICP-AES was established. Ce 413.380 nm was selected as the analysis wavelength to eliminate the spectral interference of coexist elements in steel. The working curve had a good linear relationship with Ce content in the range of 0.005%-0.50%. The recoveries were 85.6%-112.5% , RSD was less than 9.74%(n=8) in the range of 0.005%-0.10% for Ce, and the recoveries were 99.5%-103.0% , RSD was less than 3.52%(n=8)in the range of 0.10%-0.50% for Ce. The method is suitable for determining Ce in steel with the content of 0.005%-0.50%.

ICP-AES; steel; Ce

O657.7

A

1008-6145（2012）04-0053-03

10.3969／j.issn.1008-6145.2012.04.016

联系人：任慧；E-mail： renhui926@sohu.com

2012-05-18