ICP-AES法测定不锈钢中14种元素

2013-10-27

分析仪器 2013年4期

(西北工业集团计量理化一中心，西安 710043)

1 前言

不锈钢因良好的耐蚀性、抗氧化性以及优异的力学性能，在军工行业得到广泛应用，尤其是18Ni、17-4 PH等材料，其各元素含量对产品的性质和质量有着非常重要的影响。关于不锈钢分析，一般多采用化学分析法[1]及原子吸收法，此类方法测定元素单一，共存元素干扰多，操作复杂，费时费力，效率低。近年来随着分析仪器的迅猛发展，原子发射光谱在金属材料检测中不断地被化学分析者所使用，而ICP-AES是较为理想的分析方法之一，该方法具有灵敏度高、检出限低、检测线性范围宽、可实现多元素同时测定等优点，对测定不锈钢中主微量元素具有较大的优越性，节约了大量物力人力。用王水、硫磷混酸溶样，ICP-AES法测定耐磨合金钢钢中Ni、Mo、Cr、W、V等元素[2]；用王水、硫磷混酸溶样，ICP-AES法测定不锈钢中锰等元素[3]；用王水混酸溶解样品，ICP-AES法测定不锈钢中锰、钼、钛、铜、钴等元素[4]等方法已见诸文献。目前《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》有国家标准GB/T20125-2006，《不锈钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法》有国家标准GB/T11170-2008，但用ICP-AES法测定不锈钢中锰、硅、磷、钴、钼、镍、铝、钛、铜、铌、铬、钨、钒、锆等14元素还没有建立相应的国家标准，行业标准也不完全包括这些元素及含量范围。本实验研究了用硝酸-盐酸溶解样品、ICP-AES法测定不锈钢中锰、硅、磷、钴、钼、镍、铝、钛、铜、铌、铬、钨、钒、锆等14种元素，取得了令人满意的结果，方法简便、快速、准确，易于推广应用。

2 试验部分

2.1 主要仪器与试剂

德国斯派克公司128000型电感耦合等离子体原子发射光谱仪；高纯铁，铁含量大于99.98%；铁基体溶液10 g/L；各待测元素标准溶液从国家标准物质中心购买，质量浓度为1000 μg/mL或500 μg /mL。所用酸均为优级纯，试剂为分析纯，试验用水为超纯水。

2.2 仪器工作参数

等离子体功率1400 W，蠕动泵转速30 RPm，冷却气流量12.00 L/min，辅助气流量1.00 L/min，雾化器流量1.00 L/min，氩气工作压力1.0 MPa，预冲洗时间10 s，预进样时间30 s，积分时间28 s。

2.3 试验方法

称取不锈钢样品0.1000g于150mL锥型瓶中，加入王水10 mL～20 mL，低温加热至样品溶解，含铬试样加入5 mL高氯酸冒烟(3～5 min)使溶液澄清[5](此溶液不能用来测硅)，取下冷却，加水10 mL溶解盐类，冷却至室温，移入100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。按试验条件对仪器进行参数设定，建立分析方法，采集标准溶液，拟合标准曲线后，再进行样品分析。

2.4 工作曲线的制作

根据试样中铁的含量，分别称取适量的高纯铁或移取适量的铁基体溶液(10 g/L)，于7个150 mL锥型瓶中，按试验方法溶解样品[6]，在未稀释到刻度前，加入适量的待测元素标准溶液，使标准溶液中的溶液酸度与试液基本一致，用水稀释至刻度，混匀。以不加标准溶液的试液作为空白溶液，在仪器优化后的工作条件下进行测定，绘制各元素的标准曲线。

3 结果与讨论

3.1 溶样方法的选择

不锈钢属于高合金钢中的一种，它的特点是含有较高的合金元素镍、铬、钼等，与碳素钢不同，不锈钢溶样时易生成碳化物及其他不溶物，需要专门处理[7]。由于基体成分复杂，谱线干扰问题较多，不同型号的不锈钢材料,溶样方法也不尽相同。在ICP-AES分析中，因为硫酸、磷酸粘度较大，易堵塞毛细管，影响进样效率；尽量少用硫酸、磷酸、氢氟酸或高盐试剂，氢氟酸易腐蚀进样系统及矩管；高盐类溶液雾化时易在喷口处沉积，阻塞通道，降低载气流量，使光谱背景增加[8]。所以溶样首选硝酸或盐酸，需要时可加入过氧化氢或高氯酸进一步消解。本试验选用王水15 mL溶解试样，对测定18Ni中钴、钼、镍、铝、钛、磷、锰、硅元素的含量，获得了令人满意的结果。对17-4PH，1Cr18Ni9Ti等材料，采用加5 mL高氯酸，加热蒸发至冒高氯酸烟(3～5)min使溶液澄清，即使铬含量较高(4%～30%)，也可以同时测定锰、磷、钴、钼、镍、铝、钛、铜、铌、铬、钨、钒、锆等13种元素，其精密度、准确度满足日常分析要求。

3.2 分析谱线的选择

从128000型发射光谱仪的谱线库中，查看各元素的谱线干扰和强度信息,选用强度较大的谱线作为预选分析线。用标准溶液和基体溶液进行各元素的谱图叠加与对照，选择干扰少、信背比高的谱线作为分析线。所选元素分析线见表1。

表1 元素分析谱线 (nm)

3.3 雾化器流量、蠕动泵转速的选择

雾化器流量和蠕动泵转速会影响样品在等离子体通道的停留时间，过快的流速和蠕动泵转速会使等离子体的停留时间过短影响雾化效率，而过低的流速和蠕动泵转速会使谱线强度下降。考虑到磷谱线的信号较弱，除了选择178 nm次灵敏线以外，我们把雾化器流量由0.8 L/min调整为1.00 L/min，蠕动泵转速由45 RPm调整为30 RPm，效果较佳。