光电直读光谱法测定锡青铜中9种杂质元素

2014-08-06程婧娴罗舜

中国无机分析化学 2014年2期

程婧娴罗舜

（昆明冶金研究院，昆明650031）

0 前言

锡青铜是以锡为主要合金元素的青铜。含锡量（质量百分比）一般在3%～14%，主要用于制作弹性元件和耐磨零件。锡青铜中加铅可改善可切削性和耐磨性，加锌可改善铸造性能。具有较高的强度、耐蚀性和优良的铸造性能，长期以来广泛应用于各工业部门。直读光谱仪对金属样品中合金元素及杂质元素的分析有分析速度快、可靠性好［1－3］，可以较快地一次性测出锡青铜中的多种杂质元素，起到快速判断锡青铜铸造性能。本文对SPECTRO MAXX－L mm15型直读光谱仪在锡青铜日常分析中的应用进行了初步研究和探讨［4］。

1 实验部分

1.1 主要仪器

SPECTRO MAXX－Lmm15型光电直读光谱仪（德国斯派克公司）；60630型车床（上海第十一机床厂）。

1.2 仪器工作条件

仪器的主要工作条件为温度：16～30℃，变化率≤5℃/h；湿度：20%～80%相对湿度（无冷凝）；冲洗时间：2 s；预燃时间：15 s；积分时间：3 s；氩气流量：3.5 L/min；氩气：纯度≥99.996%。

1.3 实验方法

1.3.1 标准样品

标准样品中各种元素的含量应函盖实际生产样品中各种元素的含量范围；且标准样品的制作工艺尽可能与实际生产工艺相同，定值要准确，标准样品的状态及外形尺寸要符合仪器要求。本文选用铸造锡青铜标准样品2 GSB－XXXX－2009由沈阳淮源科技有限公司生产，共6块。

1.3.2 样品制备

利用车床对样品表面进行切削，并立即进行测定。对分析样品的表面要求为平整、无氧化物，样品表面平整与否将影响样品的激发状态，氧化物多为电的不良导体，不利于样品激发。

1.3.3 选择分析谱线

根据锡青铜所含元素的范围选择分析谱线，并确定分析条件。

1.3.4 选择漂移校正样

对每一种被分析元素选择两块标准样品（对应元素含量要函盖样品分析范围）作为漂移校正样，来修正工作曲线的漂移。

1.3.5 建立并设置分析程序并测量标准样品

参照仪器软件手册，建立并设置锡青铜分析程序；依序测量漂移校正样、曲线回归用标准样品。每个样品至少激发3个点。

1.3.6 曲线回归

以分析元素的强度I为横坐标，元素含量C为纵坐标分别绘制工作曲线。必要时进行干扰校正。实际曲线回归由软件完成而无需人工绘制。

1.3.7 方法验证

调用锡青铜分析程序，用锡青铜标准样品及已知含量的且均匀稳定的锡青铜生产样品验证工作曲线的有效性。

2 结果与讨论

2.1 分析谱线的选择

所测杂质元素的光谱线，应选择与基体元素和共存元素干扰小且强度高的谱线，即测定背景值（BEC）低的谱线。各元素的分析线和参比线见表1。

表1 锡青铜中各元素的分析工作条件Table 1 Working conditions for analyzing every element in tin bronze

2.2 标准曲线的拟合

将标准样品用车床加工至适宜的光洁度时，将光谱火花室残灰清扫干净，将激发电极尖端按90°角磨好备用，清洁废气处理系统，按设定的工作条件，一切准备就绪后点击开始测定，采用试样所得的分析条件及参数，用最小二乘法对标样数据进行回归拟合，得出标准曲线 CR＝A（I）3＋B（I）2＋C（I）＋D（A，B，C，D分别为标准曲线系数，I为相对光强，CR为计算出的被测元素的质量分数）中的相关参数。

2.3 标准曲线制作与校正

以分析元素的强度I为横坐标，元素含量C为纵坐标分别绘制标准曲线。标准曲线不可能是永远不变的，它只是在一定的条件下是相对稳定的，标准化的作用就是为了补偿电子原件、光源及光学系统等因素的变化所引起的曲线漂移。标准化时每个标准样品至少要激发3点。

按要求放入所需的校正样品进行分析，待所有试样分析完后，计算机会自动计算出α、β的值。α和β能客观反映出仪器的漂移程度，允许在0.8～1.2之间变化。若两次校正之间α和β发生较大变化，则表明仪器环境可能存在问题，例如入射透镜太脏、真空度恶化、狭缝变化大等。此时我们应检查后再校正。

2.4 几种因素对分析结果的影响

2.4.1 样品表面

在日常分析检测中，试样表面物理结构不均匀造成表面有很多细小的划痕或疏松，这种样品表面对元素的分析结果都有较大的影响，引起分析数据的异常，无法正常分析，必须重新制样。除了样品表面缺陷外，还发现其它情况也能对分析结果造成一定的影响，比如试样表面氧化车料时油污渗进试样等现象，也会引起分析结果异常。合格的分析样品表面应该是平整、光滑、无气孔、无夹渣且无氧化物。

2.4.2 氩气压力与纯度

检查氩气压力是否在0.7～0.8 MPa之间，氩气纯度应≥99.996%；更换氩气后，用激发样品检验氩气质量，对于铜产品，如激发点周围出现蓝色、灰黑色说明氩气不纯；每周检查氩气排气管，保证废气排放畅通，清洁废氩过滤网，更换或处理分析电极。

2.4.3 定期清理透镜

若发现α和β校正系数有明显变化则应检查一下透镜是否污染，应定期用无水乙醇及擦镜纸小心进行清理。

2.4.4 保持气路通畅

每次测样完成后应清理激发台，若是金属粉尘堆积在排气管和激发腔内，对分析结果有一定的影响。清理金属刷应该每种金属各一套以防互相污染。

2.4.5 标准样品的选择

标准样品的选择很重要，标准样品定值的准确性将直接影响分析数据的可靠性与准确性。甚至会出现错误的数据。一块好的标准样品，元素含量应该是均匀的稳定的，定值是可靠的，制作工艺应该是适合的（与分析样品一致）。

2.4.6 环境参数

仪器应工作在相对稳定的环境中，包括温度、湿度。温度要求16～30℃，变化率＜5℃/h；相对湿度为20%～80%。