微波消解—ICP-AES法快速测定锰铁中锰含量

朱 江，姜永琴，李 戎

(新疆轻工职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 830021)

微波消解—ICP-AES法快速测定锰铁中锰含量

朱 江，姜永琴，李 戎

(新疆轻工职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 830021)

利用微波消解技术对锰铁进行预处理，并采用电感耦合等离子体原子发射光谱测定其锰含量。微波消解条件为：以浓硝酸、浓盐酸和氢氟酸为消解液，消解压力6.0 MPa，消解时间8 min，在分析谱线293.06 nm处测定预处理后样品的锰含量。3种样品测定结果与国标方法结果较为一致，具有简便、快速、准确等优点，从而可用于相关产业生产控制分析。

锰铁；微波消解；ICP-AES；锰含量

0 前 言

锰铁是锰与铁的合金，另含有碳、硅、磷和硫等元素，由于锰与氧、硫亲和力较高，故而在实际钢铁生产中，常作为钢液的脱氧剂和脱硫剂，以提高钢的可锻性和可轧性[1-2]。同时，锰又能细化钢的晶粒，提高钢的淬火深度，所以又可作为合金元素添加剂[3]。钢的强度极限随着锰含量的增加而增大，一般情况下每增加1%的锰，钢的强度极限提高10 kgf/mm2[4]，而当锰含量大于10%时，钢在大气中的抗腐蚀性大大增强，因此如何方便、快速、准确测定锰铁中的锰含量意义重大。

目前国家标准[5]采用电位滴定法、硝酸铵氧化滴定法与高氯酸氧化滴定法测定锰铁中锰含量，但国标规定方法均需提前配置、标定标准溶液，费时费力，且利用强酸极难完全溶解锰铁，从而会在测定过程中引入系统误差。微波消解是近年发展起来的一种快速溶样技术，具有消解速度快、耗用试剂少、易挥发组分不损失、节能等优点，已应用到环境、生物、医药、食品、冶金、建材等诸多领域，而电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)具有灵敏度高、检出限低、动态线性范围宽、可满足多元素同时检测，且快速准确等特点，因此本研究以锰铁作为研究对象，探索微波消解对锰铁的预处理后，利用电感耦合等离子体原子发射光谱法快速测定锰铁中的锰含量。

1 试验部分

1.1 试验仪器

Optima 8000 DV型电感耦合等离子体发射光谱仪(美国PE公司)；密闭高压消解罐(德国Berghof公司)、MWD-520型微波消解仪；DB12-20型不锈钢恒温电热板(天津labotery)。

1.2 试验试剂

浓硝酸、浓盐酸、氢氟酸、硝酸42 g/mL、磷酸70 g/mL、高氯酸硫酸亚铁铵标准溶液(0.063 24 mol/L)、硝酸铵、N-苯代邻氨基苯甲酸，上述试剂均为分析纯，锰、铝、铁标准溶液：1.000 g/L，试验用水为超纯水，锰铁样品(东北特钢)。

1.3 样品预处理

准确称取0.40 g锰铁样品，加入至密闭高压消解罐后，加入3 mL浓硝酸、3 mL浓盐酸与1 mL氢氟酸溶液，放置于微波消解仪中，按照设定的溶样程序，进行程序升温加压，见表1所示。待消解结束后冷却，转移样品溶液至烧杯中放置于电热板上，加热驱酸后稀释，转移至250 mL容量瓶定容待测。

表1 微波消解程序

1.4 ICP-AES法

ICP-AES法测定溶液Mn2+浓度，测定波长293.31 nm，RF发生器功率1.5 kW；四通道蠕动泵，泵速40 r/min；工作气体为氩气(纯度：99.99%)；冷却气流量：17 L/min；辅助气流量0.8 L/min；雾化气流量0.6 L/min；积分时间15 s；重复3次。配置不同浓度的锰标准溶液，以发射强度对Mn2+质量浓度作标准曲线，随后测定样品溶液中的锰含量。

1.5 硝酸铵氧化滴定法

准确称取0.20 g锰铁样品置于至锥形瓶中，另加入15 mL磷酸、5 mL硝酸加热至完全溶解后，继续加热至液面刚出现微烟取下，立即加入3 g硝酸铵，除去氮氧化物后，冷至室温，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定至溶液呈浅红色，随后加入2滴N-苯代邻氨基苯甲酸溶液，继续滴定至亮黄色止。

2 结果与讨论

2.1 样品预处理条件选择

锰铁中的锰含量能否准确测定，主要取决于样品在预处理过程中是否完全消解。电感耦合等离子发射光谱法测定样品时，多选用HNO3、HCl或其混合酸作为消解溶液，本试验比较了上述强酸及其混合酸在同样的微波消解条件下对锰铁的消解情况，见表2所示，其中加入氢氟酸是为了除去锰铁中的硅。

表2 样品消解条件的选择

从表2中可见，当锰铁称样量为0.40 g，浓硝酸与浓盐酸均为3.0 mL时，观察到样品的消解情况最好。同时，将该消解条件后的样品溶液，于1个月后重新测定，测定锰含量也较为一致，表明了该预处理样品方式得到的溶液在1个月内保持稳定。

2.2 分析线的选择

电感耦合等离子体原子发射光谱法要求选择的分析线灵敏度高且稳定，由于锰铁中锰含量一般偏高，因此灵敏度不是考虑的主要因素。同时由于不同波长下表现出的结果稳定性也并不相同，因此本试验将样品溶液分别稀释10，50，100倍，采集2 h的数据进行精密度计算，分别考察257.610，259.373，260.569，279.827，280.106，293.306 nm作为锰元素分析线的稳定性，结果见表3所示。

表3 锰元素分析线的稳定性

从表3结果可见：不同波长下分析线的稳定性并不相同，随着测试时间的延长，相同分析线的检测结果精密度越差，但不同浓度的样品溶液，在293.306 nm分析谱线下测定时间2 h后，RSD均小于0.8%，从而选择293.306 nm作为测定锰元素的分析线。

2.3 其他共存元素影响

锰铁中一般锰含量较高外，其次为硅、铁，因而稀释后的铁、硅质量浓度不会超过10 mg/L与2 mg/L。分别配置3个100 mL容量瓶中含有20 mg/L锰与10 mL硝酸溶液，其中2号与3号瓶中另分别加入10 mg/L铁与2 mg/L硅，选择293.306 nm分析线对锰含量进行测定，结果见表4所示。

表4 共存元素的影响 (n=6) mg/L

从表4中结果可知：在测定过程中，共存元素硅、铁不会产生干扰。

2.4 线性回归方程

按照ICP-AES法确定的试验条件，分别配置浓度为0.5，10.0，20.0，30.0，50.0 mg/L的锰标准溶液，以锰的质量浓度对发射强度绘制工作曲线，得到的线性方程为y=15 123x-39.602，相关系数r>0.999，从而保证分析结果的准确度。

2.5 精密度及回收率试验

在锰铁样品中加入不同量的锰标准溶液，利用工作曲线对锰含量进行测定，精密度与回收率结果见5所示。

表5 精密度与回收试验结果 (n=6) %

从表5中可见：用工作曲线测定锰铁中的锰含量，回收量与加入标准量基本一致。当加入标准量在0.000 5%～0.001%时，回收率为94.0%～96.0%，相对标准偏差小于5 %，当加入标准量在0.001%～0.005%时，回收率在96.0%～99.0%，相对标准小于3 %。

3 结 语

本试验对锰铁样品采用微波消解预处理，具有简便、快速、试剂用量小等优点，随后利用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定样品溶液中的锰含量。与国家标准方法相比，方法无需提前配置、标定标准溶液，共存元素干扰小，具有较好的精密度与准确度，从而可用于相关产业生产控制分析。

[1] 李聿军，李斌，向华，等. 转炉内加锰铁脱硫的工艺探讨和实践[J]. 山东冶金, 2008, 30(2): 35-36.

[2] 刘伟尚，梁克韬. 铝锰铁复合脱氧合金新产品的开发试制[J]. 酒钢科技, 2015(4): 5-8.

[3] 汤天宇，栾秋生，文永才，等. 低碳铝镇静钢铝锰铁脱氧合金化试验[J]. 钢铁钒钛, 2000, 21(4)：44-49.

[4] 谢志红，段光斗. 高碳锰铁冶炼生产节能减排技术改进[J]. 中国锰业, 2014, 32(2)：40-42.

[5] GB/T 5686.1-2008 锰铁、锰硅合金、氮化锰铁和金属锰锰含量的测定电位滴定法、硝酸铵氧化滴定法及高氯酸氧化滴定法[S].

Rapid Determination of Manganese in Ferromanganeseby ICP-AES with Microwave Digestion

ZHU Jiang, JIANG Yongqin, LI Rong

(XinjiangVocationalCollegeofLightIndustry,Urumqi,Xinjiang830021,China)

A rapid method of ICP-AES determination with microwave digestion of manganese in ferromanganese was proposed. The conditions of microwave digestion were chosen. The nitric acid, perchloric acid and hydrofluoric acid were selected as digestion solution. The digestion pressure was 6.0 MPa, and the digestion time was 20 min. The samples of manganese and iron contention in pretreatment were respectively determinated in analytical spectral line at the wavelength of 293.06 nm. The determination results of three samples were in agreement with national standard method. The proposed method is simple, rapid and accurate. Therefore, it can be suitable for the analysis of corresponding industrial production control.

Ferromanganese; Microwave digestion; ICP-AES; Manganese content

2017-04-10

朱江(1971-)，男，江苏南通人，高级讲师，研究方向：应用化工技术，手机：18799187007，E-mail：460610026@qq.com.

O657.31

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.053