电感耦合等离子发射光谱法测定铁基粉末冶金中的钙元素

叶 枫，陈旺湘

(1.浙江义利汽车零部件有限公司，浙江 义乌 322000; 2.浙江吉利动力总成有限公司，浙江 宁波 315800)

粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末与非金属粉末混合物作原材料，经过成形后并烧结，制造金属材料、复合材料和各种类型制品的工艺技术.为了提高成型品的耐磨程度，需要降低钢中的点状夹杂物.在粉末冶金成型品中，特别是汽车零部件座圈，钙元素及化合物是造成点状夹杂物的主要物质.因而需要开发一种快速、准确检测粉末冶金中钙元素含量的方法.

目前测试铁基金属中钙元素的方法有：火焰原子吸收光谱法(FAAS)[1-2]、石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)[3-4]、电感耦合等离子发射光谱法(ICP-OES)[5-6]和电感耦合等离子发射光谱质谱法(ICP-MS)[7]等.与其它检测方法相比，ICP-OES法能同时测定多种微量元素，具有工作效率高、检出限低、线性范围广、化学干扰少和精确度高等优点，是目前使用十分普遍，性价比较高的检测方法.本文使用ICP-OES测定铁基粉末冶金中的钙元素，通过研究不同前处理方法对样品的溶解情况，讨论各种因素导致的干扰，最终确立了较佳的测定条件.该检测方法具有操作快速简单、经济性强、准确性高和高灵敏度等优势.

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

电感耦合等离子发射光谱仪：iCAP-7000，赛默飞世尔科技公司；电子分析天平：BSA124S型，德国赛多利斯股份公司；电热板：DB-型数显电热板，上海科恒实业发展有限公司.

钙标准溶液：1 000 mg/L，钢研纳克检测技术有限公司 GBW(E)082165；盐酸：国药集团化学试剂有限公司，分析纯，500 mL；硝酸：无锡市晶科华工有限公司，分析纯，500 mL；铁粉样品：钢研纳克检测技术有限公司GBW01402f；座圈样品：安庆环新汽车零部件有限公司.

1.2 试验方法

1.2.1 样品的制备

将样品放入箱式电阻炉内，在400～500 °C下退火去油处理，冷却后将表面氧化层除去，剪碎至粒径小于2～3 mm.称取样品0.1 g(精确至0.000 1 g)置于100 mL锥形瓶内，使用移液管在锥形瓶内添加10 mL王水，在电热板上加热溶解后，滴加2 mL H2O2,继续加热至溶液澄清，取下冷却至室温，转移到100 mL容量瓶中，用水洗涤并定容到刻度，摇匀备用.

1.2.2 标准溶液的制备

称取0.09 g(精确至0.000 1 g)高纯铁粉(99.9%)5份，依次加入到100 mL锥形瓶中，加入 10 mL王水,在电热板上加热溶解后，滴加2 mL H2O2,继续加热至溶液澄清，取下自然冷却到室温，转移到100 mL的容量瓶中，摇匀备用.

1.2.3 标准曲线的绘制

在备用的标准溶液中加入Ca元素标准溶液(1 000 mg/L)，体积分别为0.05、0.1、0.2、0.5、1.0 mL，用水洗涤并定容到刻度,配制成质量浓度分别为0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 mg/L的校准曲线.取横坐标为被测物浓度，纵坐标为分析线强度，其相关系数为0.999 9.同时做空白试验，使用ICP-OES测定，外标法定量.

1.3 仪器条件

高效旋流雾室，同心雾化器(玻璃).仪器工作参数如表1所列.

2 结果与讨论

2.1 试样消解方式的选择

常见的溶解铁基金属的消解试剂配比方法有：(1)HNO3，(2)王水，(3)王水+H2O2.由于各种无机酸的黏度、密度等物理特性不同,加入量的不同将影响谱线强度.各种无机酸对谱线的影响，经过多次试验，发现使用(1)和(2)方法时，消解较缓慢且溶液中会有悬浮物无法消解.使用(3)方法能使金属完全溶解，悬浮物消失溶液清亮等特点(参数如表2所列)，并且具有简单、快速、稳定性好等优点.因此，本文选择王水+H2O对零部件座圈进行消解，能取得很好的效果.

表2 溶样酸对试样溶解的影响

2.2 分析谱线的选择及干扰的消除

2.2.1 分析谱线的选择

ICP-OES在分析试样时主要干扰来自光谱干扰，其产生原因是由于分析物辐射和其他元素的辐射没能彻底分离，因此对于谱线的选择非常重要.分析谱线的选择直接影响到测定结果的准确性,粉末冶金中影响Ca元素的共存元素较多，由于Ca元素谱线为离子体,因此选择合适的谱线, 可以避免其他元素谱线的干扰,从而极大的提高分析结果的准确性.

在谱线库中，通过比较强度、峰值和相对干扰情况(如表3所列).以选择干扰少、强度大谱线的原则，Ca(396.847)作为分析谱线最为合适，可在多次实验校正后发现：Ca(396.847)的强度值太大，容易超出仪器自带线性.

综上，只有Ca(422.673)处基体干扰单一且较弱，所以选用Ca(422.673)作为最佳分析谱线，396.847作为次级谱线.

表3 各特征波长对应其干扰情况

2.2.2 干扰的消除

通过选择最佳分析谱线和在标准溶液中添加纯铁溶液使其达到基体匹配，标准溶液基体与被测金属基体尽量的相近来消除干扰.配置基体匹配的标准溶液，将RF的功率增加至1 250 W，将雾化器流速减弱至0.8 L/min，通过增加仪器功率及减少载气流量可削弱电离干扰[8].

2.3 精密度和回收率

2.3.1 精密度

使用本文试验方法下得到的溶液，连续测试10次，进行精密度考察，测定座圈样品中钙含量，其结果满足测试要求，相对标准偏差RSD为0.14%(如表4所列).

表4 精密度测试结果(n=10)

2.3.2 回收率

用测定加标回收率来评价试验方法的准确度并进行验证.对座圈进行3水平的加标回收测试，结果如表5所列.由表5可知，回收率在98%～105%之间，其准确度符合分析的要求.

表5 加标回收测试结果

3 结论

本文研究了使用王水和H2O2以及电热板加热消解的前处理条件下，利用ICP-OES测试铁基粉末冶金中钙元素的方法.试验结果表明，测定座圈中Ca元素含量的相关系数为0.999 9，其加标回收率在98%～105%之间，测定结果的RSD为0.14%.该法具有前处理步骤简单、经济、基体效应干扰小、重现性高和加标回收率高等优点，可以满足日常分析检测要求.