电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定钕铁硼磁体中铅含量

朱小龙

(宁波市计量测试研究院，浙江 宁波315048)

前言

钕铁硼磁体由于超高的性价比和优异的磁性能，使其广泛应用于能源、交通、机械、医疗、通讯、军工等领域，是当今社会不可或缺的工业产品。其不但具有超高的磁能积和矫顽力，同时还有高能量密度，推动了仪器仪表等相关工业领域的快速发展。生产钕铁硼磁铁的主要原材料有稀土金属钕、稀土金属镨、纯铁、硼铁合金以及其他稀土原料，因此钕铁硼中含有大量的铁、稀土元素钕和硼。原材料中的杂质铅成分将直接带入钕铁硼磁体，从而影响产品性能，因此控制和检测杂质含量显得尤为重要。随着检测技术的发展，电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法因其线性范围宽、谱线选择多、准确度高、结果重复性好等优点而被应用于各种材料的检测领域[1-4]，其中也包括铁精粉中的铅检测[5]和汽油中的铅检测[6]，而钕铁硼中重金属元素铅含量的测定则未见报道。本文采用硝酸消解钕铁硼样品，以基体匹配法进行光谱分析，建立了电感耦合等离子体发射光谱法测定钕铁硼中重金属铅含量的分析方法，并进行了相应的方法验证[7]，为钕铁硼中铅含量的测定提供了可行有效的方法。

1 实验部分

1.1 方法原理

采用电感耦合等离子体发射光谱法测定钕铁硼中铅的含量，试样以硝酸溶解，在稀硝酸介质中，直接以氩等离子体光源激发，以基体匹配法进行光谱测定。

1.2 试剂和仪器

硝酸(国药集团，优级纯)；超纯水(自制，一级水，电阻率18.2 MΩ·cm，25 ℃)；铅标准储备溶液(钢铁研究总院，1 000 mg/L)；氩气(上海林德气体，纯度>99.999%)。

ME104电子天平(梅特勒托利多)；ULTIMA2电感耦合等离子体发射光谱仪(日本HORIBA)。

1.3 仪器工作条件

采用单道扫描电感耦合等离子体发射光谱仪，增大射频发生器功率时光谱强度明显增强，但是背景信号同时增强，经仪器调试选择1 000 W为工作功率；雾化气流量的大小决定了待测样品的浓度大小，雾化气流量过大将降低样品信号强度，导致仪器灵敏度降低，经调试选择0.88 L/min左右为雾化气流量。其他条件为等离子气流量12.5 L/min，辅助气流量0 L/min，护套气流量0.2 L/min，护套气压强0.29 MPa。

1.4 样品处理

将钕铁硼样品用超纯水洗净，低温烘干，称取0.250 0 g样品，精确至0.000 1 g。将样品置于100 mL烧杯中，加入12 mL硝酸(1+1)，溶解完全，冷却至室温，移入100 mL容量瓶中用水稀释至刻度，混匀。

1.5 标准工作溶液的配制

钕铁硼基体溶液：称取1.458 1 g氧化钕于100 mL烧杯中，加入20 mL硝酸(1+1)，加热溶解至清亮，冷却至室温；称取3.250 0 g铁于200 mL烧杯中，加入40 mL硝酸(1+1)，加热溶解至清亮，冷却至室温。将两份溶液移人同一个200 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。此溶液l mL含6.25 mg钕和 16.25 mg铁。

将铅标准溶液按表1分别移入6个100 mL容量瓶中，加入10.00 mL钕铁硼基体溶液，并补加8 mL硝酸(1+1)，以水稀释至刻度，混匀，制得标准工作溶液。

表1 标准工作溶液的制备

1.6 分析波长

分析波长的选择可以影响检测数据的准确性和稳定性，参考仪器推荐的分析波长资料库，选择光谱强度值高、受共存元素光谱干扰小的波长为分析波长，实验中选择Pb的分析波长为280.200 nm。

2 结果与讨论

2.1 方法检出限

将1～6号系列标准工作溶液依次进行分析，以光谱强度I为纵坐标，溶液浓度c为横坐标，制得标准曲线I=13 409+381 820c，其线性相关系数为0.999 93，满足分析需求。由光谱仪重复测定空白溶液10次得到测定结果如表2。

表2 空白测定结果

根据公式(1)计算方法检出限[8]：

MDL=3S/b

(1)

式中： MDL-方法检出限，μg/mL；

S-10次空白溶液标准偏差；

b-工作曲线斜率。

经计算可得方法检出限MDL=0.009 μg/mL。

2.2 加标回收实验

采用本方法进行加标回收实验，在样品中加入一定量的标准溶液，实验结果见表3，结果显示Pb的回收率为104%，满足分析测试需求。

表3 加标回收实验结果

Table 3 Test result of recovery/(μg·mL-1)

元素本底值加标值测定值回收率/%Pb0.3270.50.846104

2.3 准确度实验

采用已知Pb浓度的溶液进行准确度实验，实验结果如表4，结果显示本方法准确度较高，适用于钕铁硼中铅含量的测定。

表4 准确度实验结果

2.4 精密度实验

将待测钕铁硼溶液重复测定11次，以其相对标准偏差(RSD)作为本方法的精密度，测定结果如表5所示，可见其RSD为2.7 %。

表5 精密度实验结果

3 结论

采用硝酸溶解处理钕铁硼样品，在标准溶液中加入相应量的钕和铁进行基体匹配，建立了电感耦合等离子体发射光谱法测定钕铁硼中重金属铅含量的分析方法。在相应仪器工作条件和分析波长下，该方法检出限低、回收率好、准确度和精密度高，满足实际分析测试需求，可以快速准确地检测钕铁硼中的铅含量，对其他重金属杂质的检测也有一定的指导意义。