钒中氢元素的分析方法研究

叶艳芳，李小莉

（宁夏东方钽业股份有限公司 分析检测中心，宁夏 石嘴山 753000）

钒中氢元素的分析方法研究

叶艳芳，李小莉

（宁夏东方钽业股份有限公司 分析检测中心，宁夏 石嘴山 753000）

研究了用LECO RH600定氢仪，建立了用脉冲加热红外吸收法测定钒中氢的分析方法。通过实验选择了仪器最佳工作条件，方法的准确度可靠，精密度良好，方法快速准确，灵敏度高，结果令人满意。

钒; 定氢仪; 氢元素; 红外吸收法

钒是一种重要的合金元素，主要用于钢铁工业和钛合金行业。含钒钢具有强度高、韧性大、耐磨性好等优良特性，因而广泛应用于机械、汽车、造船、铁路、航空、国防工业等行业。钒在钛合金中可以作为稳定剂和强化剂，使钛合金具有很好的延展性和可塑性。随着我国航天事业的高速发展，对钛合金的要求也越来越严格，因而对钒的质量也要求越来越严格。目前气体杂质元素的分析多采用脉冲红外吸收法测定钒中氢[1]。

本方法研究了应用LECORH600定氢仪，建立了用脉冲加热红外吸收法测定钒中氢的分析方法，其中钒中氢的测定下限为 0.0003%；方法的准确度可靠，精密度良好，方法快速准确，灵敏度高，分析效率高，能较好地解决钒中杂质元素的分析，能够满足生产需要。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

主要设备为脉冲红外测氢仪 （美国 LECO公司）以及北京莱伯泰科公司H90T型冷却循环水装置。

主要试剂材料有： 高纯石墨坩埚(国产)，锡片（美国 LECO公司），粒状无水高氯酸镁（美国LECO公司）， 粒状惰性基烧碱（美国LECO公司），线状氧化铜（美国LECO公司），铜车屑（美国LECO公司），玻璃棉（美国LECO公司）,纯度大于99.9%的氩气。

标准物质：应选用相应的标准物质。原则上标准物质与分析样品的化学组成类似。

1.2 设备原理及设定条件

（1）方法要点

试样在惰性气氛中于高纯石墨坩埚中加热，试样中的 氧和坩埚中的碳形成一氧化碳和少量的二氧化碳及氢气，再通过热的线粒氧化铜，一氧化碳转换成二氧化碳,氢气转化成水，然后进入红外检测器以水的形式检测测氢含量[2]。

（2）设备设定条件

脱气周期 2次/套坩埚 分析延迟比较器 3

分析延迟 15 s 分析类型 自动分析

控制模式 功率 吹扫时间 15 s

排气时间 15 s 排气冷却时间 5 s

1.3 实验方法

按仪器说明书的要求，进行系统检查使仪器处于正常运行状态，设置最佳分析条件。先进行空白实验，再选择相应的标样校准仪器，样品分析时选择与空白试验相同的分析条件和分析方法，按要求称取试样，直接投入样品与助熔剂于进样器中，而后从屏幕上读取分析结果。

2 结果与讨论

2.1 现有分析方法适用性的探究

（1）使用现有钽铌合金分析方法参数条件，探究该参数条件分析钒中氢的适用性。

助熔剂：锡片（1片，约0.5 g左右）；

称样量：0.100～0.125 g，分析时间：45 s；

脱气功率：4.0 kW，分析功率：3.5 kW；

选择两个钛标样校正仪器：

502-024-157 H%=0.00157%±0.00017%；

TI-NK H%=0.00114%±0.00014%；

校正系数为：y=1.00687x-0.00000798482。

数据显示，原来钽铌合金的分析方法适用于钒中氢的测定(表1)。

表1 钒样品分析结果Table 1 Results of vanadium sample analysis

（2）钒中氢称样量选择试验（表2） 。

表2 称样量的选择实验Table 2 Sample selection experiment

在如下的分析条件下：助熔剂：镍，脱气周期：2次，氢分析时间：45 s，脱气功率：4.0 kW，分析功率：3.5 kW，试验不同称样量下，对钒样品中氢分析结果的影响, 如表2称样量的选择实验。

从数据结果显示，称样量在0.080～0.100 g时，氢含量结果的波动大于其他区间，相对标准偏差较大，0.125～0.140 g之间，分析结果波动小，但样品熔融效果差，喷溅现象严重，0.100～0.125 g之间，结果稳定，熔化效果好，综合考虑称样量范围确定在0.100～0.125 g之间。

（3） 钒中氢分析功率选择试验。

加热温度是影响样品中氢释放的主要因素，试验采用分析功率模式来控制电级炉内石墨坩埚的加热温度。钒合金的熔点随钒含量的增加而增高，约在1 370 ～ 1 870 ℃。过高的功率会增加金属的升华和坩埚中杂质的蒸发，易污染、堵塞气路，并对炉头有损害；过低的功率式样熔融不完全，氢的释放速度变慢，且氢的释放峰形有拖尾现象，测定结果偏低。本试验分析功率分别为3.0、3.5、4.0 kW, 脱气功率为3.5、4.0、4.5 kW, 对钒样品进行试验，观察石墨坩埚底部试样熔化及氢峰释放情况[3]。

由试验可知，选择分析功率在3.5 kW, 4.0 kW时，石墨坩埚底部钒试样的熔融及氢峰释放情况基本一致如图1。

图1 正常峰形图Fig.1 Normal peak graph

分析功率在3.0 kW时，钒试样的氢含量偏低且有尾现象如图2。

而高功率下对仪器炉头有损害，所以本方法对钒中氢的分析功率选择为 3.5 W, 脱气功率为 4.0 kW。

2.2 钒中氢分析方法准确度和精密度试验

在选定的分析条件下，重复测定标准样品，对比分析结果与标准值的差异，验证分析方法的准确度,见表 3。

从数据结果显示，标准样品的测定结果均在允许差范围内，方法的准确度好。RSD%＜10，方法精密度好，完全满足分析检测的要求，适用于钒样品[3,4]。

图2 异常峰形图Fig.2 Abnormal peak graph

2.3 重复性再现性实验

取3个钒试验样品，3个操作者使用实验选定的分析条件重复测定样品，结果见表4。

表3 钒中氢准确度精密度试验Table 3 Precision test of hydrogen in vanadium μg/g

表4 重复性再现性实验Table 4 Repeated reproducibility experiment μg/g

图3 数据分析图Fig.3 Date analysis diagram

钒中氢测试能力分析，通过数据运用 Minitab软件作图 3可知，测量系统的重复性和再现性为6.63%，可区分的类别数为21。因此对于样品中氢含量差异大于0.88μg/g的样品可以分辨，检测系统及其分辨能力可以满足要求。

2.4 方法测定下限的确定

分析方法的检测下限决定于分析空白值及其稳定性, 结果见表 5。通过对材料空白平行测定 7次，以 3倍的标准偏差作为方法的检出限[5]。由于所用材料多，对空白稳定性的影响因素也较多，所以测定的变异系数波动较大[6]，同时锡片是经常更换的，其值的含量也随时在改变，因此本方法测定下限氢定为0.0003%。

表5 空白值Table 5 Blank value μg/g

3 结 论

（1）本实验通过对称样量、分析功率等测试条件进行试验，确定了脉冲红外吸收法测定的最佳分析条件为脱气周期：2；脱气功率：4.0 kW；分析功率：3.5 kW；最短分析时间：45 s；比较水平：5.0；称样量：0.100～0.125 g；助熔剂：锡片。

（2）通过对称样量、分析功率等测试条件进行试验，确定了脉冲红外吸收法测定标样和钒样品，准确度和精密度良好，结果准确可靠满足分析要求。

［1］刘英，臧慕文. 金属材料分析原理与技术[M].北京: 化学工业出版社， 2010：540-545.

［2］王令令，王桂花.分析化学计算基础[M]. 北京:化学工业出版社，2002：11-18.

［3］钟华.脉冲加热-红外吸收光谱发测定钒铝合金中氢[J].中国无机分析化学，2013.3（2）：56-59.

［4］席大勇，陈志华. 测量系统分析（MSA)在化学分析管理中应用的探讨[J].冶金分析，2008,28(7):79-82.

［5］李丽清.分析方法的精密度准确度和检出限[J].泰山学院学报，19（5）：74-76.

［6］谷宇，宋美丽.聚丙烯等规度分析方法研究进展[J].当代化工,2013(10):45-48.

Study on Analytical Method of Hydrogen in Vanadium

YE Yan-fang, LI Xiao-li
(Ningxia Orient Tantalum Industry Co.,Ltd., Ningxia Shizuishan 753000, China)

A method for determination of hydrogen in vnadium by pulse heating infrared absorption method was established by using LECORH600 hydrogen analyzer. The optimum working conditions of the instrument were selected through exeperiments.The results show that the method is reliable, accurate, fast, accurate and sensitive.

Vanadium;Hydrogen determination apparatus; Hydrogen element; Infrared absorption method

TG139.7

A

1671-0460（2017）11-2219-03

2017-03-29

叶艳芳，女，宁夏省石嘴山市人，助理工程师，2007年毕业于宁夏大学生物科学专业，从事钽铌钛及其合金的分析检测工作。E-mail：syz214314@126.com。