微波消解—电感耦合等离子体原子发射 光谱法快速测定锰铁中磷含量

陈文茜，李永霞

(新疆轻工职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 830000)

锰铁中除含有锰外，另含有铁、碳、硅、磷、硫等元素，通常锰矿石中磷含量不高，一般小于1.0%[1-2]，但当磷含量较高时，会使得钢铁炼制工艺复杂化，甚至在炼制特殊钢种时不得用金属锰替代[3]，因此如何方便、快速、准确测定锰铁中磷含量意义重大。目前传统测定锰铁中磷含量的分析方法主要有：磷量滴定法[4]和钼蓝分光光度法[5]，但上述分析方法均需提前配制强酸溶液，对样品进行预处理，以消除其他金属杂质对测定结果的干扰，操作较为繁琐、分析速度较慢、费时费力，因此难以满足日常实际生产快速检测的需求。微波消解是近年迅速发展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，已在冶金、建材、医药、食品、环境、生物等诸多领域应用[6-7]。电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)则具有灵敏度高、检出限低、动态线性范围宽且快速准确等特点[8]，因此本研究以锰铁为研究对象，探索微波消解对锰铁预处理后，利用电感耦合等离子体原子发射光谱法快速测定其磷含量。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

ICP5000-电感耦合等离子体发射光谱仪(聚光科技(杭州)股份有限公司)；密闭高压微波消解罐(西安常仪仪器设备有限公司)；MWD-500型微波消解仪(上海元析仪器有限公司)。L6S紫外可见分光光度计(上海仪分科学仪器有限公司)；DS12-45恒温电热板(维克特锐(北京)科技有限公司)。

浓硝酸、氢氟酸、磷标准溶液、过氧化氢、高氯酸、亚硫酸氢钠，钼酸铵、氟化钠—氯化亚锡溶液，上述试剂均为分析纯(国药集团化学试剂有限公司)，试验用水为超纯水，锰铁样品(东北特钢)。

1.2 样品预处理

准确称取0.20 g锰铁样品置于密闭高压微波消解罐后，加入5 mL浓硝酸与1 mL氢氟酸，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，将样品溶液加热驱酸至1～2 mL后，用水稀释至100 mL容量瓶定容待测。

表1 微波消解过程

1.3 ICP-AES法

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锰铁磷含量，检测条件为：测定波长178.29 nm，发生器功率1.2 KW；四通道蠕动泵，泵速1.0 r/min；工作气体为氩气(纯度：99.99%)；冷却气流量：12 L/min；辅助气流量1.0 L/min；雾化气流量1.0 L/min；积分时间20 s；重复3次。同时配制不同浓度的磷标准溶液，以发射强度对磷质量浓度作标准曲线，随后从标准曲线中确定样品溶液中磷含量。

1.4 钼蓝分光光度法

准确称取0.20 g锰铁样品置于烧杯内盖上表面皿，加入20 mL硝酸、5 mL盐酸低温加热至试样溶解后，滴加10 mL高氯酸溶液，加热至冒高氯酸烟1 min，冷却，加入5 mL水溶解盐类。滴加过氧化氢将析出的高价锰还原为无色，加热煮沸后冷却，定容至50 mL容量瓶中。移取母液10 mL于50 mL容量瓶内，加入1 mL硝酸、2 mL亚硫酸氢钠溶液，加热煮沸后，随即加入5 mL钼酸铵溶液与20 mL氟化钠—氯化亚锡溶液定容摇匀。取样品溶液于825 nm波长处测吸光度，同时配制不同浓度的磷标准溶液，以吸光度对磷质量浓度作标准曲线，确定样品磷含量[5]。

2 结果与讨论

2.1 样品前处理条件选择

锰铁中磷含量能否准确测定，主要取决于样品在预处理过程中是否完全消解。一般微波消解样品时，多选用HNO3、盐酸或其混合酸作为消解溶液[9]，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。从表2中可见，当锰铁称样量为0.20 g，浓硝酸5.0 mL与氢氟酸1.0 mL时，观察到样品的消解情况最好。因此确定采取5 mL浓硝酸与1 mL氢氟酸消解样品。

表2 样品消解条件的选择

2.2 分析谱线选择及稳定性

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，因此本试验分别考察173.68，177.43，178.29，185.83，188.76 nm作为磷元素分析线时[10]，样品溶液分别稀释10倍、20倍后，2 h的结果稳定性，见表3所示。

表3 不同分析谱线下测定结果的稳定性

从表3结果可见，不同波长下分析线的稳定性并不相同，随着分析时间的延长，相同分析线的分析结果精密度越差，但不同浓度的样品溶液，在178.29 nm分析谱线下测定时间2 h后，RSD均小于1.2%，从而确定178.29 nm作为测定锰元素的分析线。

2.3 线性回归方程

按照电感耦合等离子体原子发射光谱法确定的试验条件，分别配制浓度范围0.01%～0.50%的磷标准溶液，以磷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=163.5x-81.75，相关系数r>0.999，从而保证分析结果的准确度。

2.4 回收率与精密度

在锰铁样品中加入不同量的磷标准溶液，利用工作曲线对磷含量进行测定，回收率与精密度结果见表4所示。从表4中可见，用工作曲线测定锰铁中的磷含量，回收量与加入标准量基本吻合，且精密度较好。

表4 回收率与精密度试验结果(n=3)

2.5 与其他方法比较

分别按照国标推荐的钼蓝分光光度法和微波消解—电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锰铁中磷含量，平行测定3次，见表5所示。从表5可见，采用微波消解—电感耦合等离子体原子发射光谱法测定结果与国标采用的钼蓝分光光度法结果最大仅相差0.015%，表明具有较好的准确度，满足日常分析要求。

表5不同方法测定锰铁样品中磷含量比较(n=3) %

样品钼蓝分光光度法ICP-AES绝对偏差10.1420.1570.01520.1030.1120.00930.1750.1680.007

3 结 论

本方法对锰铁进行微波消解预处理，具有简便、快速、试剂用量小等优点，随后采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定预处理后的样品溶液的磷。与国标采用方法相比，具有较好的精密度与准确度，从而可满足相关工业生产的快速分析要求。