ICP—AES法测定硫铁中Ti元素含量

王莉娜等

摘 要：利用ICP-AES法测定硫铁中Ti元素含量，对仪器的各项工作条件，如等离子体功率、雾化气流量和观测高度等进行优化，确定了最优的Ti元素含量分析条件，该方法回收率在101～102%，相对标准偏差小于5%。此方法还对钢材中其他金属元素含量分析具有较好的参考意义。

关键词：ICP-AES法；硫铁；钛元素分析

1 前言

硫在钢材中一般被认为是有害元素之一，可引起钢的热脆性，降低钢的焊接性能。但现代研究表明，在硅钢等特种钢炼制过程中添加硫元素能够显著提升钢材的切削性能及机械力学性能。钛在钢中的夹杂物主要是碳化钛、氮化钛及碳氮化钛颗粒。由于这些颗粒会在晶界处析出，会钢的延展性变差[1]。且在特种钢的轧制过程中，造成边裂等缺陷，从而严重影响特种钢的成材率。因此为减少含钛夹杂物的数量，应从源头上严格控制合金原料中Ti的含量。现阶段，硫铁中Ti元素含量一般采取分光光度法进行分析，但该方法过程复杂，尤其在测定低含量的Ti时分析误差较大，难以满足生产要求。

电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES法）是近年来发展起来的一种新型分析测试方法，其主要利用电感耦合等离子炬焰作为光源，可大大缩短分析时间，同时测定结果检出限低、精密度好，广泛应用于钢材中各类金属元素含量的分析。

2 实验部分

2.1 仪器及参数设置

光谱仪：ICAP6300型电感耦合等离子体原子发射光谱仪（Thermo Fisher Scientific，美国）；

ICP工作条件：功率：900W；冷却气流量：13.0L/min；辅助气流量：0.75L/min；雾化器流量：0.60L/min；观测高度：10mm；测定波长：Ti 334.941nm；蠕动泵泵速：50rpm。

2.2 实验试剂

硝酸：优级纯，ρ=1.42g/mL；

盐酸：优级纯，ρ= 1.19g/ mL；

氢氟酸：优级纯，ρ= 1.15g/ mL；

高氯酸：优级纯，ρ= 1.67g/ mL；

硫酸：优级纯，ρ= 1.84g/ mL。

100μg/mL钛标准溶液配制：称取0.1668g二氧化钛基准物质置于400mL烧杯中。加入2-5g硫酸铵，40-50mL硫酸。盖上表面皿，加热溶解，，冷却。移入盛有 450mL水的烧杯中。用硫酸（1+9）定容至1000mL。

20μg/mL钛标准溶液配制：移取20mL钛标准溶液（100μg/mL）于100mL容量瓶中，定容摇匀，备用。

2.3 实验过程

2.3.1 样品处理

称取0.2000g试样置于300mL的聚四氟乙烯烧杯中，用少量水润湿，分次加入5mL盐酸，低温加热至无明显反应。加入5mL硝酸，3mL氢氟酸低温加热至试样分解，然后加入5mL高氯酸，加热并冒高氯酸烟至近干，取下稍冷，用少许水吹洗烧杯壁，加入5mL盐酸和30mL水，加热溶解盐类，冷却至室温，移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

2.3.2工作曲线的配制

分别称取6份0.1400g纯铁粉（Fe≥99.98%）于6个300mL的聚四氟乙烯烧杯中，按照样品处理方法操作，移入100mL容量瓶中。然后，分别移取0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0mL钛标准溶液（20μg/mL）于100mL容量瓶中，定容摇匀。进行ICP分析，绘制钛工作曲线。

3 结果与讨论

3.1 参数优化

ICP-AES分析实验涉及的影响因素主要集中在仪器工作参数的选择上。其优化内容包括：发生器功率、工作气体（冷却气、辅助气、载气）流速、雾化进样速度和观测高度。其中发生器功率、载气流量和观测高度是影响分析信号的关键因素。分析单一元素时，优化工作条件通常以获得最佳信背比为依据[2]。因此，本次实验主要对发生器功率、载气流量和观测高度进行优化。

1、高频发生器功率的选择

发生器功率与信背比的关系，实验结果发现：功率增大时，放射强度增强，随着背景强度也增强，发射功率超过一定水平时，其背景强度会以更高的比例增加。虽然功率增加有利于改善测量的精度，但随着功率的增加，信背比下降。过高的背景对检出限不利，。而功率过大容易烧坏炬管，功率过小又会影响原子或离子的原子化程度[3]。所以，选定发射功率为900W。

2、雾化气的选择

分别调整雾化气流量0.30-0.9L/min，雾化气流量在0.60 L/min时，信背比最佳。因此，设定0.60L/min为电感耦合等離子体发射光谱仪工作时的雾化气流量。

3、观测高度的选择

调整观测高度8.0-14.0mm，信背比随着观测高度的增加而增加，到10mm时趋于平缓。因此，仪器观测高度选用10mm。

3.2 准确度实验

由于目前国内外没有硫铁标准样品，因此本次实验采用硫铁1#样品进行实验，并委托钢铁研究总院进行比对分析。

按照样品处理方法对硫铁1#样品进行处理，然后使用ICP光谱仪测定，可知：实验结果与钢铁研究总院分析结果一致，说明该方法准确度好。

3.3 回收率实验

对硫铁1#样品进行加标回收率实验，分别称取六份样品，其中三份加入4mL的 Ti标准溶液（20μg/mL），然后按照样品处理方法对硫铁1#样品进行处理。样品溶解后定容于100mL容量瓶中进行分析。

加标回收率= （加标试样测定值-试样测定值）÷加标量×100%

利用该公式计算加标回收率，本次实验所测结果加标回收率控制在101%-102%，回收率较好，说明本实验干扰因数少，分析结果准确可靠。

3.4 精密度实验

分别称取10份硫铁1#样品于聚四氟乙烯烧杯中，按照样品处理方法进行样品前期处理，使用ICP光谱仪进行测定。可知：硫铁1#样品10次实验结果的相对标准偏差均较小（小于5%），证明该方法具有较好的精密度，实验过程稳定可靠。

4 总结

论文确定了硫铁溶酸方法，并确定了ICP光谱仪的最佳发生器功率、载气流量及观测高度，通过与钢铁研究总院所得结果进行对比发现实验结果一致。特别地，精密度实验中，10次实验结果的相对标准偏差小于5%。说明本实验结果的准备性良好，实验过程稳定。加标回收率实验中回收率结果在99%-102%之间，进一步验证了测量结果的可靠性。

参考文献

[1] Oztur B.， 吴琼. 在Fe-Ti-C-N合金中形成夹杂物的热力学[J]. 钒钛， 1991， 5： 60-65.

[2] 梁伟. 电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）的分析和干扰机理研究[D]. 广州： 中山大学， 2007， 1-79.

[3] 陈安明. 电感耦合等离子体发射光谱法测定低合金钢中痕量硼[J]. 理化检验-化学分册， 2007， 43（8）： 644-646.

作者简介

王莉娜（1986-），女，河北省张家口市，汉族，助教，硕士，化学分析检测。