电感耦合等离子体原子发射光谱法测定增碳剂中6种主要氧化物

(江阴兴澄特种钢铁有限公司，江阴 214429)

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定增碳剂中6种主要氧化物

严倩琳

(江阴兴澄特种钢铁有限公司，江阴 214429)

建立了电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定增碳剂中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3和TiO2含量的方法。采用高温熔融结合15%稀盐酸浸取熔块前处理试样，确定了各元素的分析谱线，采用稀释法消除基体效应。实验结果表明：各元素线性良好，相关系数均在0.999以上，检出限为：0.002～0.020μg/g；各氧化物的相对标准偏差均小于5%，回收率在96.4%～104.2%之间。建立的方法准确、简单、全面，满足增碳剂中氧化物分析要求。

ICP-AES 增碳剂

合成铸铁熔炼过程中，由于废钢的加入量大，铁液中含碳量低，所以必须采用增碳剂达到增碳效果。因生铁资源日益紧缺，随着废钢加入量的增大，其增碳技术是保证熔炼质量，改善铸铁组织和性能的关键[1]，因此增碳剂的质量显得尤为关键，可以用作增碳剂的材料有很多，目前主要有石油焦、天然石墨和人造石墨等，其中固定碳和灰分是增碳剂中两个最重要的参数[2]，要分析增碳剂中成分含量，首先必须去除其中的固定碳。目前灰成分的检测方法有X-射线荧光光谱法[3]，化学滴定法[4]，激光诱导击穿光谱法[5]和ICP-AES法[6]。X-射线荧光光谱法对于灰分含量极低的增碳剂无法压制成片，化学滴定和激光诱导击穿光谱法分析流程较复杂。文献[6]仅报道了ICP-AES法测定增碳剂中的钛和钙。ICP-AES法具有一次分解样品可同时分析多种元素的特点，本试验采用马弗炉驱除增碳剂中的固定碳后，采用15%稀盐酸浸取样品熔块，以电感耦合等离子体原子发射光谱仪同时测定增碳剂中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3和TiO26种主要氧化物，准确度和精密度均满足分析要求，适用于各个种类的增碳剂分析。

1实验部分

1.1 仪器及其工作条件

ICAP6500双向观测全谱直读等离子体发射光谱仪(赛默飞世尔科技有限公司)，CID检测器，27.12 MHz固态RF发生器，耐高盐石英同心圆雾化器，耐高盐玻璃旋流雾化室，可拆卸式石英炬管，氩气(体积分数不小于99.995%)。

ICP-AES的工作条件为：发射功率为1150 W；辅助气流为0.5L/min；雾化器气体为0.7 L/min；冷却气流量为12 L/min；蠕动泵冲洗泵速为100 rpm；分析泵速为50 rpm；等离子观测为水平。

ALT-1200一体化智能马弗炉(常州奥联科技有限公司)。

1.2 主要试剂

钢铁研究总院标准溶液：Si、Al、Ca、Mg、Fe、Ti浓度值分别为500μg/mL、1000μg/mL、1000μg/mL、1000μg/mL、1000μg/mL、500μg/mL；

无水碳酸钠、硼酸：分析纯；盐酸：优级纯；

混合助溶剂：无水碳酸钠与硼酸按质量比2∶1混合；

实验室用水均为超纯水。

1.3 %1.3试验方法

1.3.1 试样溶液的制备

准确称取试样0.2g，精确至0.1mg，置于镍坩埚内，在900℃马弗炉中高温灼烧1h，取出，移入干燥器内自然冷却至常温，在坩埚内加入2g混合助溶剂并盖上坩埚盖，再次放入900℃马弗炉中熔融15min后取出。在250ml烧杯中用100mL15%盐酸加热浸取。待熔块浸取完全后转移入200mL容量瓶中定容混匀，并移取10mL于100mL容量瓶中稀释至刻度，混匀，配制为ICP用液态试样。

1.3.2 混合标准溶液的配制

以空白混合助溶剂按1.3.1处理后作为基体，将Si、Al、Ca、Mg、Fe、Ti元素配成混合标准溶液。标准曲线中混合标准溶液的质量浓度见表1。

表1 标准曲线中各元素的质量浓度 μg/mL

2 结果与讨论

2.1 试样的灰化条件

本次试验用两种不同固定碳含量的增碳剂作为试样，高纯增碳剂(固定碳含量99%)编为1#；低氮增碳剂(固定碳含量94%)编为2#。通过称取相同试样量，考察不同温度和时间的组合确定最佳灰化条件，见表2。经试验发现，试样经马弗炉900℃灼烧60min可同时灰化完全。

表2 最佳灰化条件试验

2.2 基体效应

本次试验采用无水碳酸钠和硼酸(m∶m=2∶1)作为混合助溶，经盐酸浸取后溶液中含有大量的钠盐，溶液直接导入ICP光谱仪测定发现，背景强度很高，导致溶液的提升量和谱线强度降低，即使采用耐高盐雾化器和雾室也未能消除盐效应。经试验发现当溶液稀释10倍后，各元素谱线恢复正常强度，盐效应对谱线强度的影响可消除。

2.3 谱线选择

根据样品中被测元素含量，在仪器提供的各元素谱线中选择3条特征谱线，运行自动寻峰程序，再根据线性关系、灵敏度和干扰最小这几个方面优化出每个元素的最佳分析谱线。备选谱线见表3，经优化考察后确定各元素的分析谱线为：Si：250.690 nm、Al：396.152 nm、Ca：318.128 nm、Mg：202.582 nm、Fe：238.204 nm、Ti：334.941 nm。

表3 各元素备选谱线

2.4 共存元素干扰

增碳剂中主要成分为固定碳，采用马弗炉900℃灼烧60min后已将固定碳驱除干净，采用无水碳酸钠和硼酸混合助溶剂在镍坩埚中熔融会引入镍，因此需要考察镍、钠、硼的引入对待测元素的影响。

2.4.1 钠的影响

在熔融中使用2g混合助溶剂，溶液中含有钠的质量浓度为0.65μg/mL，经试验发现，此浓度含量的钠对硅、铝、钙、镁、铁均无影响，但对钛有显著抑制作用，溶液经稀释10倍后，钠的浓度含量仅0.05μg/mL，对钛影响消失。

2.4.2 硼的影响

在熔融中使用2g混合助溶剂，其中无水碳酸钠与硼酸的质量比例为2∶1，溶液中硼的质量浓度含量仅0.03μg/mL，对待测元素的影响可以忽略。

2.4.3 镍的影响

本法选用镍坩埚进行样品熔融，因此溶液中存在镍。配制两瓶100mL溶液，一瓶镍质量浓度为500μg/mL，另一瓶不加镍；配制质量浓度均为50μg/mL的硅、铝、钙、镁、铁、钛混合溶液，考察镍对待测元素的影响。结果表明，镍元素对待测元素的影响不显著。

2.5 校正曲线和检出限

按照仪器所设的工作参数对标准溶液系列进行测定，以各元素的质量浓度为横坐标，对应的光谱强度值为纵坐标，绘制校正曲线。同时连续测定空白溶液11次，以3倍标准偏差计算方法的检出限。其校准曲线的线性范围、线性方程、相关系数和检出限见表4。根据试样称样量，稀释倍数和单质元素到氧化物的换算系数计算出各元素的氧化物质量浓度范围，见表5。

表4 元素的线性方程和检出限

表5 氧化物质量浓度和换算系数

2.6 精密度试验

按照本试验方法，测定增碳剂试样中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO26种氧化物的质量浓度，并进行精密度考察，结果见表6。由表6可看出各氧化物的相对标准偏差(RSD)均小于5%。

表6 精密度试验结果(n=11)

2.7 加标回收试验

在不具备用国家标准样品或国际样品来检查方法测定结果与标准值符合程度这个条件的情况下，可用加标回收法验证方法的准确度[7]。按照本试验方法对增碳剂样品中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO26种氧化物进行加标回收试验，考察方法的准确度，结果见表7。结果表明，增碳剂中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2的加标回收率在96.4%～104.2%，方法的准确性良好。

表7 加标回收试验结果

3 结论

本实验采用高温熔融结合15%稀盐酸加热浸取试样熔块，再用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定增碳剂中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO26种氧化物，测定结果的精密度与准确度均良好，方法检出限低。该方法具有操作简便，干扰因素小，分析元素全面等优点，适用于任何种类的增碳剂检测，完全满足日常检测需求，同时也可为产品的检测标准提供参考依据。

[1]王顺安，邹荣剑.合成铸铁的研究及应用[J].铸造，2010，59(7)：721-722.

[2]惠国栋，许翔，张萧，等.增碳剂及其选用[J].化工技术与开发，2016，45(3)：50-51.

[3]姜新其，陈丽华.X射线荧光光谱法在煤灰成分检测中的应用[J].煤质技术，2015，(3)：40-42.

[4]刘成功.黑龙江鸡西煤矸石中镁、钙、铁、钛的测定[J].辽宁大学学报，2011，38(1)：90-93.

[5]谢承利，陆继东，李鹏艳，等.激光诱导击穿光谱法分析燃煤的灰成分[J].工程热物理学报，2009，30(2)：329-332.

[6]刘洁.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定增碳剂中钛和钙[J].冶金分析，2015，35(1)：77-80.

[7]辛仁轩.等.离子体发射光谱分析[M].北京：化学工业出版社，2005：183.

2017-05-09

严倩琳，女，1984年出生，硕士在读，工程师，主要从事冶金材料中微量元素的ICP光谱分析，E-mail：253047157@qq.com。

信息简讯

国家地下水监测站点超九成已建成

经过两年多时间的努力，国家地下水监测工程取得重大进展，90%以上的地下水监测站点建设已经完成。

目前，天津、河南、山东等10多个省(区、市)站点建设已经全部完成，监测站点实现了地下水位、水温监测的自动采集、自动传输，在地下水监测点建设的同时，地下水监测信息应用服务系统已完成总体设计，该系统将开发地下水监测数据管理、综合分析、地下水数值模拟评价与预测等多个子系统。

据悉，国家地下水监测工程将全国划分为16个重点监测区， 包括1个国家级地下水监测中心、7个流域监测中心、 63个省级监测中心， 共建设地下水监测站点20401个。今年是该项工程的收官之年。全面建成后，该工程将结合现有监测站网建成较为完整的国家级地下水监测网，形成一个集地下水信息采集、传输、处理分析及信息服务为一体的国家地下水信息中心。届时，国家地下水监测站点监测控制范围将扩大到350万平方公里，站网密度提高到每千平方公里5.8孔(站)，将进一步提高地下水监测的自动化和信息化水平，实现对全国地下水的动态有效监控，为地下水资源合理开发、地面沉降防控等提供科学依据和决策支持。(国土资源部)

Determinationofsixoxidesinrecarburizerbyinductivelycoupledplasmaatomicemissionspectrometry.

YanQianlin

(JiangyinXingchengSpecialSteelWorksCo.,Ltd.,Jiangyin214429,China)

The six oxides SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3and TiO2in recarburize were determined. The experimental results showed that the linear of each element was good and all the correlation coefficients were greater than 0.999. The detection limit was 0.002-0.020μg/g. The relative standard deviation (RSD) for each oxide was less than 5%, and the recoveries were 96.4%-104.2%. The method is applicable and accurate.

ICP-AES; recarburizer

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.05.012