电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS测定低合金钢中Pb、Sn、As、Sb、Bi

王 崴，韩丽华，于 晟

（天津钢管集团股份有限公司技术中心，天津 300301）

电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS测定低合金钢中Pb、Sn、As、Sb、Bi

王 崴，韩丽华，于 晟

（天津钢管集团股份有限公司技术中心，天津 300301）

利用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行测定低合金钢中Pb、Sn、As、Sb、Bi。用盐酸硝酸溶解样品，并且加入铑内标和铁基来校正基体效应对结果的影响，选择75As、118Sn、121Sb、208Pb、209Bi为待测元素同位素，建立了一种简单快捷的分析低合金钢中五害元素的方法。测定方法简单实用，测定结果准确，分析周期短，灵敏度、精密度及抗干扰能力均良好，可应用于科研及生产中低合金钢样品的分析。

等离子体质谱仪；低合金钢；五害元素；测定

1 引言

低合金钢中五害元素（Pb、Sn、As、Sb、Bi）对钢铁的性能起到不良的作用。低合金钢中五害元素由于含量极少、成分之间相互干扰，因此检测起来非常困难。用氢化物发生原子吸收光谱仪分析五害元素的方法很多但大多数需要加掩蔽剂，这样在消除干扰的同时，使分析元素的信号也降低了。由于方法限制，检测起来十分繁琐，工作量很大，检测周期长。本方法采用ICP－MS电感耦合等离子质谱仪分析五害元素灵敏度、精密度及抗干扰能力均良好，在测定中加入铑内标，可以完成五害元素的测定。

2 实验部分

2.1 仪器及工作参数

仪器X-Series2电感耦合等离子体质谱仪。

2.2 主要试剂

除非另有说明，在分析中仅使用认可的高纯试剂和二次蒸馏水或相当纯度的水。

盐酸：ρ约 1.19 g/ml，Pb、Sn、As、Sb、Bi含量应小于20ng/ml。

硝酸：ρ约 1.42 g/ml，Pb、Sn、As、Sb、Bi含量应小于20ng/ml。

铅标准溶液：1000μg/ml，此溶液1 ml含1000μg铅。

锡标准溶液：500μg/ml，此溶液1 ml含500μg锡。

砷标准溶液：1000μg/ml，此溶液1 ml含1000μg砷。

锑标准溶液：500μg/ml，此溶液1 ml含500μg锑。

铋标准溶液：1000μg/ml，此溶液1 ml含1000μg铋。

Pb、Sn、As、Sb、Bi 混合标准溶液：Pb、Sn、As、Sb、Bi混合标准溶液 A，100μg/ml Pb，100μg/ml－Sn，100μg/mlAs，100μg/mlSb，100μg/mlBi。分别移取10.00ml铅标准溶液（2.3），10.00ml砷标准溶液（2.5），10.00ml铋标准溶液（2.7），5.00ml锡标准溶液（2.4），5.00ml锑标准溶液（2.6）至 100ml容量瓶中，加入5 ml盐酸（2.1），用水稀释至刻度，混匀。Pb、Sn、As、Sb、Bi混合标准溶液 B，10μg/ml Pb，10μg/ml Sn，10μg/ml As，10μg/ml Sb，10μg/ml Bi。移取 10ml Pb、Sn、As、Sb、Bi混合标准溶液 A 至 100ml容量瓶中，加入5 ml盐酸（2.1），用水稀释至刻度，混匀。Pb、Sn、As、Sb、Bi混合标准溶液 C ，1 μg/ml Pb，1 μg/mlSn，1 μg/mlAs，1 μg/mlSb，1 μg/mlBi。移取 10ml Pb、Sn、As、Sb、Bi混合标准溶液 B 至100ml容量瓶中，加入5 ml盐酸（2.1），用水稀释至刻度，混匀。

铑标准溶液：1000μg/ml，此溶液1 ml含1000μg铑。

分别移取1.00ml铑标准溶液（2.9）至1000ml容量瓶中，加入5 ml盐酸（2.1），用水稀释至刻度，混匀。

铁基体溶液：50mg/ml。

称取5.00g高纯铁（质量分数不小于99.95%，Pb、Sn、As、Sb、Bi质量分数小于0.0005%），加入 30ml水，分多次少量加入25 ml盐酸，低温加热，溶解完全后转入100ml容量瓶，用水稀释至刻度，混匀。

3 样品分析

3.1 试料

称取约0.1000g样品，精确至0.0001 g。

3.2 空白实验

随同试料做空白实验。

3.3 溶解试料

加入盐酸硝酸混合试剂6 ml（盐酸+硝酸=1+3）水10ml，电热板低温加热1 h，冷却后移至100ml容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

3.4 校准系列溶液配制

分 别 移 取0.100ml，0.200ml，0.500ml，1.00ml，10.00ml Pb、Sn、As、Sb、Bi混合标准溶液 C 于 8个100ml容量瓶中，各加入2 ml铁基溶液（1.2.10）加入4.5 ml硝酸、1.5 ml盐酸。

4 结果与讨论

4.1 样品溶解的选择

实验选择盐酸+硝酸+氢氟酸用微波消解的方法溶解样品和盐酸+硝酸（1+3）在电热板低温溶解样品这两种方法进行对比分析，两种方法的结果对比相差极小，但由于后者溶解样品简单便捷，最后确定用盐酸硝酸混合试剂6 ml（盐酸+硝酸=1+3）水10ml进行样品溶解。

4.2 分析元素同位素的选择

等离子体质谱仪在分析过程中质谱干扰很多，也相当复杂，根据不同元素的情况选择对其合适的同位素进行测定，才能使结果更加准确，在质谱分析过程中一般选择干扰小，丰度较大的同位素进行分析，因此选择了75As、118Sn、121Sb、208Pb、209Bi为待测元素同位素。

4.3 精密度测定

分别称取10份标样YSBC35118-95加入盐酸硝酸混合试剂6 ml（盐酸+硝酸=1+3）水10ml，电热板低温加热1 h，冷却后移至100ml容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。在仪器达到最佳状态下测量，结果见表1。

4.4 准确度

用标液做出工作曲线，分别用标样YSBC35117-95、YSBC35118-95、YSBC35120-95、材字279对照，分析结果满足国家标准允许差，分析结果见表2。

表1 各元素精密度n=10，ω/%

4.5 检出限和检测下限

当仪器处在最佳状态时，在所建立的标准曲线测定空白试剂10次，以空白信号标准偏差的3倍作为检出限，10倍作为检测下限，分析结果见表3。

表2 Pb、Sn、As、Sb、Bi对照结果分析 ω/%

表3 各元素检出限和检测下限 ω/%

5 结论

使用硝酸盐酸混合溶液溶解低合金钢样品，利用等离子体质谱仪测定五害元素的含量，测定方法简单实用，测定结果准确，该方法分析周期短，灵敏度、精密度及抗干扰能力均良好，可应用于科研及生产中低合金钢样品的分析。

[1] 柯瑞华.等离子质谱仪分析用标准物质标准值的不确定度[J].冶金分析，2001，21（3）：64-67．

[2]原怀保，李月红.ICP-Ms分析法测量不确定度的评定与应用[J].光谱实验室，2007，24（3）：396-399.

[3]GB／T223.81-2007，微波消解—电感耦合等离子质谱分析法测定铝和硼[S].

[4] 包香春，崔爱瑞，薛秀萍.电感耦合等离子体质谱法测定铁精矿中铬砷镉锡锑铅铋[J].冶金分析，2012，32（9）：13-17．

[5] 陈玉红，刘正，王海舟.电感耦合等离子体质谱法测定钢铁及合金中痕量磷[J].冶金分析，2007，27（12）：17-20．

Measurement of Pb,Sn,As,Sb and Bi in Low Alloy Steel with ICP-MS

WANG Wei,HAN Li-hua and YU Sheng

(Technology Center of Tianjin Pipe[Group]Corporation,Tianjin 300301,China)

ICP-MS was adopted to measure Pb,Sn,As,Sb and Bi in low alloy steel.The sample was dissolved by hydrochloric acid and nitric acid and internal-standard rhodium and iron base were added to correct the influence of matrix effect on the result.75As,118Sn,121Sb,208Pb and209Bi were chosen as iso tope for measuring elements.A simple and fast method of analyzing five harmful elements in low alloy steel was established.With short analyzing cycle,strong sensitivity,high precision and good anti-interference ability,this method is simple,practical and accurate and can be applied to analysis on low alloy steel samples in scientific research and production.

ICP-MS;low alloy steel;five harmful elements;measurement

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.02.025

2013-09-17

2013-10-17

王崴（1984—），男，工程师，主要从事化学方面的研究工作。