电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钼铁中硅、锰、铬、镍元素

张凤萍， 马 骏， 王振宇， 董治漩， 田艳青， 崔 健

(太原重型机械集团公司,山西 太原 030024)

钼铁是主要由钼和铁组成的铁合金，一般含50%～60%钼，及碳、硫、磷、硅、铬、锰、镍、锑、铜等杂质元素。钼铁被广泛地应用于不锈钢、耐热钢、耐酸钢和工具钢，以及具有特殊物理性能的合金钢的冶炼中，一般用作炼钢的合金添加剂，加入钼可增大其强度和耐磨性[1-2]。

钼铁化学元素含量的合理配比对提高产品质量有着重要作用。高铁车轮是世界公认的技术尖端产品，其必须具有很高的强韧性、耐磨性、抗剥离性，对夹杂物级别要求严格，很小的内部缺陷都会导致疲劳裂纹的产生。目前，我国大批的钢轮仍有赖进口。钢轮要实现我国自主生产，对冶炼原材料钼铁化学成分的质量的严格控制是其关键技术之一。电感耦合等离子体原子发射光谱法因其灵敏度高、速度快、具有同时测定多种元素等特点，被广泛应用于化学分析，为了达到快速准确测定的目标，本文应用等离子体光谱法对钼铁中微量元素测定方法进行了研究与实验[3-5]。

1 实验部分

1.1 主要仪器及工作条件

电感耦合等离子体原子发射光谱仪，美国热电公司，仪器类型：iCAP-6300MFC全谱直读台式ICP-OES光谱仪；波长范围：166 nm～845 nm全波长覆盖；分辨率≤0.007 nm(200 nm处的光学分辨率)；等离子观测方式：垂直观测高度12 mm；等离子源：输出功率：750 kW～1 500 kW；工作条件:最大积分时间30 s;短波段5 s;RF功率1 150 W；气体控制：雾化器流量：0.70 L/min;辅助气流量0.5 L/min；泵速：冲洗泵速50 r/min；分析泵速50 r/min；元素谱线：待测元素的分析线波长如第 页表1所示。电子天平：AE204,

1.2 试剂

硝酸(浓)、盐酸(浓)。

标准物质：钼铁(YSBC28631-2010;YSBC28632-2010;YSBC37652-2010;YSBC37653-2010;YSBC18605-2008;GBS(E)ZBT379等)。

1.3 实验方法

1.3.1 样品溶液的制备

准确称取试样0.200 0 g，放入150 mL锥形瓶中，根据不同的材料加入不同比例的溶解酸，加入硝酸10 mL，盐酸10 mL，高氯酸2 mL，低温加热，冒完黄烟，待试样溶解成透明液体后，取下稍冷，加少量的水，待试样溶液冷却后，加蒸馏水或去离子水转入100 mL容量瓶中定容，混匀，在电感耦合等离子体原子发射光谱仪上进行测定。

1.3.2 标准溶液的制备

选择一系列与样品基体匹配的标钢，按照样品溶液的制备方法制备一系列标准溶液。

1.3.3 实验操作步骤

打开仪器，驱气后，点击“等离子源设置”设置分析参数(如1.1所述)、重复次数、样品清洗时间、积分时间，设置清洗泵速和分析泵速、RF功率、雾化器压力，辅助气流量，观测高度12 mm。

选择标准中所含有的元素及所需的谱线(如表1所示)，输入标准物质元素含量，编辑方法后，即可直接进入分析程序，分析标准样品及待测样品，建立工作曲线。

1.4 标准曲线的绘制

采用具有国家标准证书的标准物质(基体与试样基本相近的标钢)，按照上述方法溶解后，稀释到100 mL容量瓶中，摇匀，配制成一系列标准溶液，用等离子体原子发射光谱仪进行光谱测定，点击“仪器”，选择“执行自动寻峰”。点击“标准化”图标，打开标准化对话框，依次运行标准样品，点击“完成”。点击“未知样品”图标，依次分析待测样品。

打开谱图，察看谱峰是否有干扰，某些干扰可通过移动谱峰和背景的位置来消除，需要点击“更新方法”。建立工作曲线：以标准溶液元素的光谱发射强度比为纵坐标，元素的质量浓度含量为横坐标，计算机自动绘制工作曲线。以质量分数表示元素的含量，计算线性回归相关系数，R>0.999为合格。测量样品时，计算机自动给出样品元素的含量。

2 结果与讨论

2.1 检测波长的选择

从ICP光谱仪谱线数据库中，根据谱线干扰元素和谱线强度，在光谱仪最佳的工作条件下，通过测定标准物质溶液绘制谱图，最终选择谱图好、峰形稳定、背景值低的谱线，作为本方法的检测波长，如表1。

表1 分析元素谱线

2.2 溶解酸的选择

溶液的酸度及酸的种类影响试样雾化率，尽量不选择黏稠的溶解酸，本文采用硝酸、盐酸等低温溶解试样，溶样彻底，解决了试样预处理问题。

2.3 基体效应消除

试液中如果基体不同，基体效应导致测定结果不一致。本文采取了与试样基体相匹配的标钢溶解液作为标准溶液，绘制工作曲线，这样能有效地消除基体效应。

2.4 光谱干扰实验

钼铁中主元素是钼、铁，杂质元素有磷、硅、铬、锰、镍、锑、铜等，对测定元素会有干扰。本文用有干扰元素存在的标准物质作工作曲线，采用基体匹配法与回归分析方法,选择合适的等离子体光谱仪工作条件，进行合理的背景扣除来消除干扰因素。

2.5 标准物质测定结果

选取标准物质作为分析试样，按照实验方法平行测定10次，计算测定值的相对标准偏差，实验结果如表2，相对标准偏差小于3%。

表2 标准物质分析结果

2.6 检出限

按照上述实验操作步骤，应用所建立的标准曲线，测定空白溶液11次，测定结果标准偏差的3倍作为检出限，测定结果见表2，方法检出限(n=11)小于0.005%。

2.7 精密度与回收实验

称取一个样品3份，每份加入标准溶液，按照实验方法进行测定，计算回收率(%)。结果见表3。

表3 精密度与回收实验结果

2.8 样品分析

通过实验得到仪器最佳工作条件，对钼铁样品中铬、锰、镍、硅微量元素进行测定。测定了元素的检出限，进行了干扰实验，精密度和准确度实验，结果的相对标准偏差RSD(n=10)小于3%，采用基体匹配法绘制工作曲线，各元素工作曲线的线性相关系数大于0.999 0,建立了ICP-AES法测定钼铁中微量元素的分析方法。本方法准确、简便、快速，测量范围(质量分数)为铬0.005 0%～5%；锰0.01%～10%；镍0.01%～5%；硅0.01%～4%。

3 结语

本实验方法用于原材料物质分析,测定偏差在允许差范围内,方法检出限小于0.003%,标准物质的测定值与认定值相符,与传统方法相比，检测周期短，精密度高，溶解试样彻底，不需多次分解试样，简化了分析程序，避免使用高污染性酸，减少了污染。本方法用于实践操作性强，满足了钢轮、核电等产品对原材料的化学成分严格控制的要求，能有效防范原材料带来的产品质量安全风险。