微波消解ICP等离子发射光谱法在分析铬铁化学成分中的应用

2015-09-04杨业伙朱立彦沈怡虹

中国铸造装备与技术 2015年1期

杨业伙，王辉，张弘，朱立彦，沈怡虹

（中国南车戚墅堰机车有限公司，江苏常州 213011）

铬铁是铬和铁组成的铁合金，铬铁含铬量一般在50%～75%,主要用作炼钢或铸铁中铬的合金加入剂。目前铬铁中铬的测定主要采用国家标准方法—过硫酸铵氧化滴定法和电位滴定法（GB/T4699.2-2008），该法需要大量的试剂，操作繁琐、耗时长。ICP等离子发射测定法虽已有很多报道，但前处理方式主要采用硫磷混酸及碳酸钠、过氧化钠熔融。硫磷混酸溶样由于密度、粘度较大，对表面张力的影响较大，进而影响等离子雾化器的雾化效果。为了达到完全破坏试样中的碳化铬，使铬全部溶解到溶液中，必须在冒硫磷酸烟的时候不断滴加硝酸破坏其中碳化铬。由于硫磷酸冒烟时温度达300 ℃以上，而硝酸的沸点只有100 ℃多，所以滴加硝酸时存在爆沸的风险（如油中滴入水一样），这样不但会引起试样损失，还存在一定安全隐患。此外，磷酸的加入将无法对P和Si进行联测。碳酸钠、过氧化钠熔融，需进行熔解、加热浸出、酸化、浓缩等处理，操作繁琐、耗时，且加入大量的钠盐使ICP等离子体的火焰冒长，会引起火焰“飘尾”，影响测量的精密度。本文使用微波消解进行前处理，利用ICP进行测定有效解决了上述问题，对精密度和准确度进行了验证，结果均比较满意。

1 实验部分

1.1 仪器及工作条件

（1）ICP 光谱仪

美国TJA公司IRIS Advantage ER/S全谱直读等离子光谱分析仪包含四通道蠕动泵，玻璃同心雾化器、旋流雾化室、棱镜及中阶梯光栅二维色散系统、电荷法射式固体检测器（CID）、计算机及数据处理系统。

工作参数：RF频率27.12 MHz，雾化气压27×6.894×10-3MPa，RF功率1 150 W，冷却气流量14 L/min，蠕动泵转速100 r/min，辅助气流量0.5 L/min。积分时间：短波段（170～265 nm）10 s ；长波段（265～1 000 nm）5 s。

（2）MARS微波消解仪（美国CEM公司）

工作条件：一般1～2个罐子功率选择400 W；3～5个罐子功率选择800 W；6个以上功率选择1600 W。

1.2 主要试剂

氩气：纯度 99.99%、硝酸（GR）、盐酸（GR）、硫酸（AR）、高氯酸（AR）、硼酸（AR）、氢氟酸（AR）、去离子水。

1.3 分析试样的配制

准确称取0.1 g试样于微波消解罐中，通过大量试验，分析不同混酸、不同仪器参数对试样的消解效果，最终确定使用盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸混酸9 ml，其配比为（3：2：2：2），再加 5 滴氢氟酸。消解仪参数：功率设置1 600 W，消解温度220 ℃，达到该温度后保持消解30 min。溶解后溶液清澈透明，冷却后加入10 ml饱和硼酸络合过量氢氟酸，用蒸馏水定容、摇匀，稀释10倍作为待测溶液。

1.4 标准物质的配制

标准物质完全按试样配制过程进行，标准物质含量见表1。

表1 标准物质元素含量

2 结果分析与讨论

2.1 分析谱线的选择

因采取基体匹配的方式，因此只考虑光谱干扰和背景干扰。在仪器的谱线库中，每一种元素都有多条谱线，根据样品的元素种类和背景状况等条件，首先进行多条谱线的扫描，再根据谱线的强度大小、背景和干扰情况，结合峰形、标准化线及多次曝光变异情况，我们最终选择无谱线干扰2 677.16 nm进行分析。通过背景扣除消除背景干扰，积分位置及背景设置见图1。