ICP-OES测量锰铁中的微量酸溶硼

陈雅琪

(四川省工业环境监测研究院,四川成都 610000)

ICP-OES测量锰铁中的微量酸溶硼

陈雅琪

(四川省工业环境监测研究院,四川成都 610000)

设计实验对硼的特征发射谱线加以选择,以消除基体干扰,并将ICP-OES法与姜黄素法做对比分析,结果表明：硼的发射谱线λ=208.957 nm,不受锰铁中其他共存元素干扰,检出限为0.008μg/m L,该方法的测量结果与传统姜黄素法所得的测量结果能够很好地吻合。ICP-OES测量方法具有快速、准确的优点,在实际生产中用该方法分析检验锰铁中酸溶硼的含量是可行的。

ICP-OES;锰铁;微量酸溶硼

1 引言

锰铁在钢的冶炼中用作脱氧剂和合金添加剂,是用量最多的铁合金。硼常被誉为钢中的维生素,即使含量甚微也能对钢的质量起到很大影响[1]。微量硼能成倍地增加钢的淬透性,对增加钢的硬度和抗张力,改善钢的焊接性能等也有显著的作用。因此,对锰铁中硼的分析测定建立准确可靠的方法是很有必要的。

目前,硼的测定主要有甲醇蒸馏-姜黄素光度法、姜黄素直接光度法及次甲基蓝-二氯乙烷萃取光度法等化学分析方法。这些方法步骤繁琐,对实验条件、操作人员要求很高,既费时又不经济。而ICP-OES法以其检出限低,灵敏度高,精密度好,动态范围宽,集体干扰少等优点在现代分析中得到了广泛应用。本实验直接用ICP-OES法测定锰铁中酸溶硼含量,通过背景扣除及谱线选择来提高分析准确度和精密度。经回收率试验和精密度试验证明本方法简便快速、准确可靠,能满足锰铁中的酸溶硼的分析测量需要。

2 材料与实验方法

2.1 试剂

稀王水:HCl:HNO3:H2O=3:1:4

高氯酸(HCl O4)

稀盐酸:HCl:H2O=1:1

高纯硼酸:99.99%

高纯铁:99.99%

高纯锰:99.99%

仪器工作气体:氩气99.99%

以上酸试剂均为分析纯试剂;水为二次去离子水。

2.2 实验器材

实验所用移液管、量杯、容量瓶均为石英质,烧杯为四氟乙烯材料。

2.3 仪器及工作参数

2.3.1 测量仪器

Optima7000 DV全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪(Perkin Elmer公司)

2.3.2 工作参数

射频功率:1200 W;

等离子体流量:15 L/min;

辅助气体流量:0.2 L/min;

雾化器流量:0.8 L/min;

蠕动泵:1.5 m L/min;

积分时间:10 s。

2.4 实验步骤及方法说明

2.4.1 溶液的配置

(1)配制硼标准储备溶液(1 mg/m L)

将高纯硼酸于105℃烘干,干燥冷却,称取2.860 0 g,用水充分溶解,移入500 m L容量瓶中,定容,保存于塑料瓶中待用。

(2)制备高纯铁溶液(5 mg/m L)

称取0.500 0 g高纯铁于150 m L四氟乙烯烧杯中,加稀王水20 ml于电炉低温完全溶解,定容100 ml。

(3)制备高纯锰溶液(5 mg/ml)

称取0.500 0 g高纯锰于150 m L四氟乙烯烧杯中,加稀盐酸20 ml于电炉低温完全溶解,定容100 ml。

2.4.2 试样的制备

称取待测试样0.100 0 g于150 m L四氟乙烯烧杯中,加入稀王水10 m L,置于电炉低温充分溶解;加入2 m L高氯酸冒烟,待溶液剩下约1 m L,取下稍冷;加入10 m L稀盐酸,稍加热,溶解盐类至溶液清亮;定容100 m L;将溶液用中速定量滤纸过滤于四氟乙烯烧杯中,待测。

2.4.3 谱线选择实验

(1)吸取预先配制好的1 mg/m L硼标准储备溶液1 m L,定容100 m L,制得10μg/m L硼标液。

(2)分别吸取10μg/m L硼标液1 m L、3 m L、5 m L、7 m L;定容100 m L,配制成浓度分别为0.1 μg/m L、0.3μg/m L、0.5μg/m L、0.7μg/m L的硼标液。

(3)假设以上硼标液是由0.100 0 g固体试样制得,将其浓度换算为(wt%):0.01%、0.03%、0.05%、0.07%。

(4)以去离子水为空白。

(5)将以上一系列硼标液和空白分别在硼的特征发射谱线λ=249.772 nm和λ=208.957 nm处做空白和标样测试,绘制标准曲线。

(6)分别吸取三份10μg/m L的硼标准溶液5 m L;其中两份分别加入5 mg/m L高纯铁溶液2 m L、3 m L;将三份溶液定容100 m L;在硼的特征发射谱线λ=249.772 nm和λ=208.957 nm处检测硼元素含量。

(7)分别吸取四份10μg/m L的硼标准溶液5 m L;其中三份分别加入0.5 mg/m L高纯锰溶液14 m L、15 m L、16 m L;将四份溶液定容100 m L;在硼的发射谱线λ=208.957 nm处检测硼元素含量。

2.4.4 回收率、精密度、方法比较试验中标准曲线的绘制

(1)吸取预先配制好的1 mg/m L硼标准储备溶液1 m L,定容100 m L,制得10μg/m L硼标液。

(2)分别吸取10μg/m L硼标液0.1 m L、0.3 m L、0.5 m L、0.8 m L、1.2 m L、1.5 m L;分别加入10 m L稀盐酸;定容100 m L,配制成浓度分别为0.01μg/m L、0.03μg/m L、0.05μg/m L、0.08μg/ m L、0.12μg/m L、0.15μg/m L的硼标液。

(3)假设以上硼标液是由0.100 0 g固体试样制得,将其浓度换算为(wt%):0.001%、0.003%、0.005%、0.008%、0.012%、0.015%。

(4)将10m L稀盐酸定容100 m L做空白。

(5)将空白和以上一系列硼标液于λ=208.957 nm处做空白和标样测试,绘制标准曲线。

3 结果与讨论

3.1 谱线的选择

PE公司的电感耦合等离子体发射光谱仪所配制的软件Win Lab已在方法编辑器中给出一系列推荐的硼元素特征发射谱线。其中λ=249.772 nm最为灵敏,λ=208.957 nm则次之,详见表1。

由表1可知,理论上λ=249.772nm是最为理想的硼元素测量波长,但它与铁元素(240.488 nm)和锰元素(257.6 nm)的特征谱线都较为接近,可能会受到溶液中铁离子和锰离子的干扰,而铁、锰两种元素是锰铁中含量最大,极难蔽除的基体。为此,我们通过向纯硼标准溶液中分别定量地加入高纯铁溶液和高纯锰溶液来观测溶液中的铁离子和锰离子是否会对表1中的两条谱线处硼元素的测量造成干扰。

3.1.1 铁离子对硼元素测量的影响

配制一系列纯硼+纯铁溶液,在249.772 nm和208.957 nm处测量硼元素含量。

操作方法见2.4.3。

测得结果见表2。光谱显示见图1～3。

表1 硼元素特征发射谱线参数

表2 含铁溶液中硼元素的测量结果

图1 溶液组份为B(0.05%)时的光谱显示

图2 溶液组份为B(0.05%)+Fe(10%)时的光谱显示

图3 溶液组份为B(0.05%)+Fe(15%)时的光谱显示

由表2以及图1～3可知:

(1)在λ=249.772 nm处,铁离子对硼元素的测量有不可忽略的干扰作用。

(2)在λ=249.772 nm处,铁离子对硼元素测量的干扰作用随铁离子浓度的变化而变化。

(3)在λ=208.957 nm处,铁离子对硼元素的测量没有干扰。

因此,尽管硼元素在λ=249.772 nm处的发射谱线最为灵敏,但它在测量铁基试样时是不适用的。

3.1.2 锰离子在208.957 nm处对硼元素测量的影响

配制一系列纯硼+纯锰溶液,在208.957 nm处测定硼元素含量。

操作方法见2.4.3。

测得结果见表3。光谱显示见图4～7。

表3 含锰溶液中硼元素的测定结果

由表3以及图4～7可知:在λ=208.957 nm处,锰离子对硼元素的测量没有干扰。

3.2 检出限

以去离子水为空白,1μg/m L硼标液为标样作标准曲线,测量试剂空白20次,以其标准偏差的3倍作为检出限,得到λ=208.957 nm处硼的检出限为0.008μg/m L。

图4 溶液组份为B(0.05%)时的光谱显示

图5 溶液组份为B(0.05%)+Mn(70%)时的光谱显示

图6 溶液组份为B(0.05%)+Mn(75%)时的光谱显示

图7 溶液组份为B(0.05%)+Mn(80%)时的光谱显示

3.3 相对回收率

用2.4.4所述方法绘制标准曲线;

用2.4.2所述方法处理已知硼元素含量的标准物质,并加入不同浓度的硼标液,进行相对回收率试验。

测得结果见表4。

表4 硼元素回收率试验结果(n=3)

3.4 精密度

对一个已知硼元素含量的标准物质进行精密度实验,测得结果见表5。

3.5 与姜黄素法做对比

我们委托国家钢铁材料测试中心用姜黄素法测得一系列锰铁样品的硼含量;同时用2.4.2所述方法处理同样的锰铁试样,并用ICP-OES法于λ= 208.957nm处检测硼元素的含量;标准曲线的绘制如2.4.4所述。

其结果详见表6。

由表6可知ICP-OES方法的测量结果与姜黄素法测量的结果基本一致。

4 结论

(1)在硼的特征发射谱线λ=249.772 nm处测量硼的含量,会受到共存铁离子的干扰,不适用于铁基试样的测量。

表5 精密度实验结果(n=10)

表6 姜黄素法与ICP-OES法测量锰铁中硼含量的比较

(2)在硼的特征发射谱线λ=208.957 nm处测量硼的含量,不会受到其他共存元素的干扰,其检出限为0.008μg/m L。

(3)用ICP-OES法在λ=208.957 nm处测量硼含量,操作简便,快速高效、精密度良好,能够取代传统姜黄素法用于实际生产中的锰铁中微量酸溶硼含量的测定。

[1] 鞍钢钢铁研究所,沈阳钢铁研究院.实用冶金分析——方法与基础[M].辽宁科学出版社,1990.

Determination of the Amount of Trace Acid-soluble Boron in Ferromanganese by ICP-OES

CHEN Yaqi
(Sichuan Province Academy of Industrial Environmental Monitoring,Chengdu 610041,Sichuan,China)

This investigation was aimed at using ICP-OES to determine the amount of trace acid-soluble B in ferromanganese,choosing the appropriate characteristic line of boron without effect of other coexistence elements,and making a comparison with the curcumin method.The results show that the emission line 208.957 nm of B can analyzing the amount of B without effect of other coexistence elements,and the detection limit is 0.008μg/m L.The comparison results show that the determination results of this investigation coincide with the curcumin method.The result of the amount of trace acid-soluble B in ferromanganese could be get precisely and rapidly by the analyzing method described.

ICP-OES,ferromanganese,trace acid-soluble boron

TG145

A

1001-5108(2017)01-0045-05

陈雅琪,分析化学工程师,主要从事冶金原辅料、金属材料的化学分析工作。