石墨炉原子吸收光谱法测定含镍生铁中五害元素

沈 华

(宝钢工业技术服务有限公司， 上海 200431)

石墨炉原子吸收光谱法测定含镍生铁中五害元素

沈 华*

(宝钢工业技术服务有限公司， 上海 200431)

采用石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)直接测定含镍生铁中的砷、锑、锡、铋、铅，不需要基体分离，通过对石墨炉加热程序中的干燥时间、灰化温度及原子化温度等的优化，确定了仪器分别测定五个元素的最佳分析条件。同时本文采用混合酸溶解含镍生铁样品，发现GFAAS方法的相对标准偏差(RSD)%<25%，方法回收率为94%-104%，结果准确、可靠。

石墨炉原子吸收光谱法；含镍生铁；五害元素

含镍生铁主要来源于红土镍矿资源，因其成本低，目前已替代大部分不锈钢废钢、纯镍和镍铁合金，成为不锈钢冶炼的主要原料。不锈钢中五害元素的存在会严重降低材料的机械性能，极易使不锈钢的持久强度及塑性降低[1]，因此对含镍生铁中的五害元素检测很有必要。目前，文献报道的测定钢铁及其合金中的As、Sb、Sn、Bi、Pb的方法主要有可见分光光度法[2]、原子吸收光谱法、电化学分析法、萃取-石墨炉原子吸收光谱法[3-5]等。其中石墨炉原子吸收光谱法选择性好，绝对灵敏度高，但存在背景高、受基体干扰严重等问题。本文通过对石墨炉加热程序中的干燥时间、灰化温度及原子化温度等进行优化，不需基体分离，直接进行测定，简化了检测步骤，灵敏度和准确度符合检测要求。同时采用混合酸对含镍生铁样品进行溶解，效果好。该法已应用于含镍生铁中五害元素的分析，经标样对照分析获得了满意的结果。

1 试验准备

1.1 主要试剂与仪器

硝酸(优级纯)；盐酸(优级纯)

As标准溶液：1000μg/mL(10% HCL介质)为贮备液；

Sb标准溶液：1000μg/mL(10% HCL介质)为贮备液；

Sn标准溶液：1000μg/mL(10% HCL介质)为贮备液；

Bi标准溶液：1000μg/mL(10% HNO3介质)为贮备液；

Pb标准溶液：1000μg/mL(10% HNO3介质)为贮备液；

10.00μg/mL和1.00μg/mL标准溶液使用时用水稀释而成；高纯铁。

美国PE公司AA-600 型石墨炉原子吸收光谱仪，备有HGA-500型石墨炉，AS-800型自动进样器，PE带平台石墨管，纯氩作保护气体，空心阴极灯或无极放电灯作光源。

1.2 样品处理

称取250mg试样于150mL石英烧杯中，加入4mL盐酸、2mL硝酸，低温加热溶解，稀释至100mL石英容量瓶中，混匀。同时做试剂空白。以备测定用。

1.3 测定方法

分别取一定量的空白溶液、标准溶液和样品处理溶液于石墨炉专用杯中，测定0.00X%锡时加入基体改进剂锡，按照仪器的设定条件，在石墨炉原子吸收分光光度计上采用自动进样器依次测量空白溶液、标准溶液和试样溶液中各元素的吸光度，从工作曲线上查得各元素的含量。

1.4 工作曲线的绘制

称取5个250mg纯铁于150mL石英烧杯中，分别加入0.5，1.0，3.0，5.0，10.0mLAs、Sb、Sn、Bi、Pb标准溶液(均为1μg/mL)，加入4mL盐酸、2mL硝酸，以下按1.2.1进行操作。

2 试验方法

2.1 溶解酸的选择

含镍生铁中碳含量较高，待测元素的碳化物比较稳定，采用盐酸、硝酸组合不能将样品完全分解。因此，本文选择盐酸:硝酸(3:1)15mL溶解0.5g试样，溶样过程中，加入高氯酸(5mL)、氢氟酸(1mL)，采用混合酸处理试样，溶样效果好。

2.2 基体改进剂的应用

试验中发现，采用原子吸收光谱法，不加任何基体改进剂而直接测定含镍生铁中的Pb、Sb、As灵敏度较高、重现性较好，而Sn、Bi两个元素重复性差、灵敏度较低。为此，分别对不同浓度的Pd(NO3)2、Mg(NO3)2、Ni(NO3)2、Pd(NO3)2+Mg(NO3)2(1:1)、Ni(NO3)2+Mg(NO3)2(1:1)等常用的基体改进剂存在时，测定含镍生铁中的Sn、Bi。结果表明，基体改进剂Pd(NO3)2和Mg(NO3)2均可改善GFAAS测定Sn、Bi的灵敏度和重现性，其中浓度1.00mg/mL的Pd(NO3)2效果最佳。其用量在5～15μL的范围内，GFAAS直接进样测定含镍生铁中的Sn、Bi可以得到较高而稳定的吸光度和较低的背景。因此，选1.00mg/mL的Pd(NO3)2为基体改进剂、用量10μL来测定Sn、Bi。

2.3 进样量的确定

在所选条件下，进样量在10～20μL的范围内，吸光度随进样量的增加而增高。为获得稳定测定值和底背景，选定进样量为15μL。

2.4 升温程序的设定

一个典型的石墨炉升温程序至少包括4个步骤，干燥、灰化(热分解)、原子化和清除。

2.4.1 干燥温度及时间

干燥的目的是将样品溶液中的溶剂赶走，干燥程序是否设定合适将会影响到测定吸光度的重复性和石墨管的寿命。为使待测元素与基体完全分离，采用多步斜坡升温程序进行干燥。

2.4.2 灰化温度及时间

灰化步骤的目的是让与测定元素共存的那些物质在原子化阶段到来前走掉，以免在原子化步骤对测定信号产生影响。经试验确定灰化分两步进行：第一步灰化、不停气，可以用氩气通过载带除去非测定物质；第二步灰化、停气，使石墨管温度平衡，改善测定精度。

2.4.3 原子化温度及时间

原子化步骤的作用就是将要测定的元素从离子或分子状态变成为处于基态的自由原子，以便进行光度测量。

2.4.4 清除温度及时间

清除步骤的目的是要将此次测量中留下的分析物，样品基体等去除掉，防止它们对下一次测量产生干扰。综合上述因素，经过大量试验各个元素的测定条件见表1。

表1 石墨炉原子吸收光谱法测定条件

2.5 共存离子的干扰及消除

随着石墨炉升温程序的温度不断上升，大部分共存离子不产生干扰。基体元素Fe对砷、锑、锡、铋、铅的测定有影响，我们采用基体匹配法，即在标准溶液中添加与被测样品同等含量的铁元素进行匹配，以此消除干扰。

3 结果与讨论

3.1 方法的精密度

选取一份含镍生铁样品，连续测定l1次，计算其相对标准偏差，实验结果见表2。从表2可以看出：本实验方法的相对标准偏差在3.33%～23.47%之间，精密度良好。

表2 测试结果的精密度

3.2 方法的准确度

取含有五害元素的标准样品GSBH40115-96-6两份，其中一份样品作为标准样品，另一份样品中加入规定含量的五害元素。对两份样品进行前处理，按选定的工作条件采用原子吸收光谱法测量两份溶液中的各元素。标样测定结果及各元素回收率见表3。从表3可以看出，标准样品的测定值与标准值基本一致，加标回收率为96.0%～104.0%，准确度高。

表3 标准样品的测定值和回收率

3 结论

(1)本文在对石墨炉加热程序中的干燥时间、灰化温度及原子化温度等优化的基础上，不加任何基体改进剂而直接测定含镍生铁中的Pb、Sb、As灵敏度较高、重现性较好；通过添加浓度为1.00mg/mL的Pd(NO3)2作为基体改进剂，来提高Sn、Bi的检测灵敏度和重复性，效果较好；运用基体匹配法，即在标准溶液中添加与被测样品同等含量的铁元素进行匹配，消除基体干扰。

(2)通过精密度试验，本实验方法五害元素测试相对标准偏差在3.33%～23.47%之间，精度度良好；通过回收率试验，标准样品的测定值与标准值基本一致，加标回收率为96.0%～104.0%，准确度高；

(3)采用石墨炉原子吸收光谱法直接测定含镍生铁中砷、锑、锡、铋、铅的含量方法简便可行，结果准确可靠，能很好地为生产和原料验收服务。

[1] 陆世英.不锈钢概论[M].北京：化学工业出版社出版，2013:1-229.

[2] 王海舟.高温合金痕量元素分析[M].北京：科学出版社，2002：446-452.

[3] 郭兴家，徐叔坤，李晓舟，等，萃取分离-石墨炉原子吸收光谱法测定铁镍基高温合金中砷、铅、锡、锑、铋[J].光谱学与光谱分析, 2006，26(6): 1167-1169.

[4] 孙汉文.原子吸收光谱分析技术[J].北京：中国科学技术出版社，1992：1-219.

[5] 沈 华. 电感耦合等离子光谱法测定含镍生铁中多元素[J].化学世界, 2015，56(6): 326-328.

(本文文献格式：沈 华.石墨炉原子吸收光谱法测定含镍生铁中五害元素[J].山东化工，2016，45(04)：56-58.)

Determination of Five Harmful Elements (As Sb Sn Bi Pb) in the Nickel Pig Iron by GFAAS

Shen Hua

(Baosteel Engineering Technology Service Co.,Ltd.,Shanghai 200431,China)

The direct way of measuring As, Sb, Sn, Bi and Pb in the Nickel Pig Iron by graphite furnace atomic absorption spectrometry (GFAAS) without basic separate was studied. By optimizing the dryness time, cineration temperature and the atomization temperature in the heating process of GFAAS, the best analysis condition of measuring 5 elements was obtained. It was found that by using mixed acid solution dissolving nickel pig iron samples, RSD% of the GFAAS method is less than 25%, which means that it is exact and reliable.

GFAAS;nickel Pig Iron;five harmful elements

2016-01-20

沈 华(1978—)，上海人，获工程硕士，工程师，主要从事不锈钢及其相关产品检测和实验室管理工作。

O657.31;TG115.33

A

1008-021X(2016)04-0056-03