一种同时测定铬钼合金钢中10种元素的ICP-AES新方法

生金峰，吴学纲，王兆堃，马秀清，王康帅，刘天庆，李 悦，宋双官

（1.机械工业上海蓝亚石化设备检测所有限公司，上海 201518；2.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃 兰州 730070）

在石油化工行业，材料组成分析与设备的生 产、制造以及失效分析等过程密切相关[1-3]。铬钼合金主要组成元素为碳、铁、铬、钼，此外还含有其他多种添加元素。铬钼合金的实验室元素组成分析操作涉及的元素多，而且通常一种元素对应一种分析测定方法，完成一个样品的分析需要的分析方法少则几个，多则十几个，测定过程需要药剂种类、数量多，操作流程长，非常耗时、耗力[4-17]。针对此情况，利用电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）仪进行了测定方法优化实验研究，形成了一种可同时测定10种元素的快速分析方法。文中介绍了实验室操作时药品的准备、溶液的配制、仪器的设置和调试中的要点，根据实验数据分析和评价了方法的可靠性。

1 ICP-AES分析法实验

1.1 试剂及仪器

实验所用化学试剂均为分析纯，所用标准溶液均为带有证书的标准溶液。 P、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、As标准溶液质量浓度均为 1 000 mg/L，Si、Sn、Sb标准溶液质量浓度均为500 mg/L。实验用水为超纯去离子水。实验仪器包括全谱等离子体发射光谱仪（ICPE-9000型）和分析天平（精度为0.1 mg）。

1.2 溶液制备

准确移取 1 mL钇（Y）标准溶液（质量浓度为100 mg/L）于100 mL容量瓶中，加入质量分数为10%硝酸溶液定容，制成质量浓度1 mg/L的Y标准溶液。用质量分数10%硝酸溶液浸泡玻璃器皿（包括仪器进样系统）24 h后，再用去离子水冲洗干净，备用。

1.3 测试方法

准确称取6份0.5 g高纯铁 （铁质量分数不低于99.99%）于100 mL钢铁量瓶中，加入5 mL盐酸、10 mL去离子水和5 mL硝酸。低温加热使试样完全溶解。如果溶液未完全溶解，则进一步进行0.45 μm微孔过滤膜抽滤处理。试样冷却至室温后，按照不同比例浓度分别加入 P、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、As、Sb和 Sn元素的标准溶液以及 Y元素标准溶液做内标 （分析线371.070 nm），以水定容，待测。

1.4 操作要点

将全谱等离子体发射光谱仪的等离子气体积流量设定为14 L/min，辅助器体积流量设定为1.2 L/min。采用标准溶液法测定工作曲线，测试中要根据元素的稳定性、含量等因素，确认纵向观测方式或轴向观测方式，各元素谱线和观察方式见表1。谱线要选择干扰少且灵敏度能够满足测定要求的谱线。

表1 ICP-AES分析法元素谱线及观测方式

ICP-AES方法中高频功率、载气体积流量是分析要素，尤其是载气体积流量，对分析物在ICP通道内的停留时间及稀释作用有着关键影响。通过测试最终确定高频功率1.35 kW、载气体积流量0.7 L/min为最佳条件。

2 ICP-AES方法测试结果与讨论

2.1 元素测定标准工作曲线

ICP-AES法得到的各元素测定标准工作曲线见图1～图10。图中纵坐标表示被测元素与内标元素的谱线强度比值。

图1 P元素测定标准工作曲线

图2 Si元素测定标准工作曲线

图3 Mn元素测定标准工作曲线

图4 Cr元素测定标准工作曲线

图5 Ni元素测定标准工作曲线

图6 Mo元素测定标准工作曲线

图7 Cu元素测定标准工作曲线

图8 As元素测定标准工作曲线

图9 Sb元素测定标准工作曲线

图10 Sn元素测定标准工作曲线

由图 1～图 10 可确定 P、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、As、Sb、Sn 这 10 种元素的线性相关系数 r，结果依 为 0.999 4、0.999 5、0.999 9、0.999 9、0.999 4、0.999 6、0.999 9、0.999 5、0.999 9、0.999 8，可见这10种元素的测定标准工作曲线线性关系良好。

2.2 过程影响因素

2.2.1 溶样

ICP-AES测试分析时，溶解试样用酸首选轻质混合酸。混合酸通常用硝酸和盐酸制备，其中硝酸是消解反应物，盐酸为反应介质。只采用盐酸溶解试样，易造成待测元素损耗。硝酸与盐酸的体积比是影响仪器测试信号稳定性的重要因素。进行了样品溶解和混合酸体积比优化实验，确定的仪器测试信号相对稳定条件下水、硝酸、盐酸的适宜体积比为2∶1∶1，完全溶解0.5 g试样需要的混合酸用量为20 mL。

2.2.2 测定

多元素同时测定的难点是干扰的消除。进行了样品的干扰消除实验，确定采用基体匹配方法消除基体元素Fe对样品中部分待测元素存在的干扰，采用内标法和仪器的背景扣除功能消除铬钼钢中其他非测试干扰元素及元素间的干扰。

2.3 方法检出限

在确定测试条件下，连续进行10次高纯铁空白溶液测试操作，采用3倍空白溶液中各元素浓度标准偏差来计算方法检出限，见表2。

表2 方法检出限

2.4 方法准确度和精密度

用 Fe 的酸溶液和 P、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、As、Sb、Sn等的标准溶液制成 26Cr2Ni4MoV标准样品（样品 1）和 35CrMoV标准样品（样品 2），测定样品1和样品2中各元素的质量分数。基于实验得到的10种元素质量分数测定值与已知的标准值，计算测定方法的相对标准偏差RSD，结果见表3和表4。由表3、表4看出，测定结果与标准值基本一致，RSD小于3.0%,测定结果的精度和准确度均较高。

表3 样品1元素质量分数测定实验RSD

表4 样品2元素质量分数测定实验RSD

3 结语

以 Fe 为基体元素， 以 P、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、As、Sb和Sn为添加元素，以在实验室中配制高纯铁的酸溶液，在高纯铁的酸溶液中添加P、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、As、Sb 和 Sn 的标准溶液的方式配制了2种铬钼合金实验溶液，制定了应用ICP-AES仪测定实验溶液中元素质量分数的方法。实验结果表明，制定的实验方法可行，具有简便、快速及试剂用量少等特点，可满足实验室日常样品快速检测需求。