ICP-OES法测定硅钙合金中铁含量的试验研究

田小亭，王 凡，温铁丽，丛琳琳

(内蒙金属材料研究所，内蒙古 包头 014034)

硅钙合金是一种较理想的复合脱氧剂、脱硫剂。硅钙合金不仅脱氧能力强，脱氧产物易于上浮，易于排出，而且还能改善钢的性能，提高钢的塑性、冲击韧性和流动性。硅钙合金除脱氧和净化作用外，还起孕育作用，有助于形成细粒或球状石墨；使灰口铸铁中石墨分布均匀，降低白口倾向；且能增硅、脱硫，改善铸铁质量。

硅钙合金中铁元素检测无国家标准或者行业标准，实验室以重铬酸钾容量法检测为主，此方法检测周期长、操作繁琐，不能更好更快地服务客户。ICP法具有检出限低、线性范围宽、光谱干扰少、精密度好、检测速度快等优点[1]。

1 实 验

1.1 实验仪器

iCAP7400型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪，美国热电；仪器控制软件TEVA。

仪器主要参数：工作高频27.12 MHz，输出功率1150 W，冷却气流量16 L/min，辅助气流量0.5 L/min，蠕动泵转速 100 r/min，垂直观察高度15 mm，雾化器压力26 psi，积分时间：长波15 s，短波30 s。

1.2 实验试剂

硝酸，ρ=1.42 g/mL；氢氟酸，ρ=1.15 g/mL；高氯酸， ρ=1.67 g/mL；盐酸，ρ=1.19 g/mL；钙基体溶液， 12 mg/mL：称取3.0000 g碳酸钙(纯度99.9%)，置于100 mL烧杯中，加入20 mL水，滴加盐酸到完全溶解，再加10 mL盐酸，煮沸除去CO2，冷却至室温，移入100 mL容量瓶中，稀释至刻度，混匀；铁标准溶液，1000 μg/mL，直接购买。所用试剂均为分析纯。

1.3 样品溶液的制备

准确称取0.1000 g，粒度不大于0.125 mm的试样。随同试样做空白。将试样置于200 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入 10 mL硝酸，滴加10 mL氢氟酸[2-6]，因反应剧烈，边加边摇动，至试样溶解完全，加入5 mL高氯酸冒烟至近干，取下冷却，用少量水冲洗杯壁，加5 mL盐酸，加热溶解盐类，冷却至室温。将试液过滤至100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

1.4 工作曲线的配制

硅钙合金硅为主含量，加氢氟酸，高氯酸冒烟，可消除其基体干扰[7-8]；钙元素的干扰通过基体匹配进行消除，按照钙含量30%进行基体匹配。

取2.5 mL钙基体溶液于100 mL容量瓶中，加入铁标准溶液，工作曲线浓度为20 μg/mL、40 μg/mL、60 μg/mL、80 μg/mL、120 μg/mL、140 μg/mL。

2 结果与讨论

2.1 分析谱线的选择

ICP灵敏度高，线性范围宽，每个元素有很多条谱线，选择合适的谱线非常重要，元素含量高的选择低强度谱线，元素含量低的选择高强度谱线。选取两个硅钙合金标样，选取铁元素四条分析线进行试验，结果见表1。

表1 分析谱线试验结果Table 1 Analysis of spectral line test results

由表1结果可知，低强度谱线239.562、240.488结果准确度低于高强度谱线259.940、238.204。考虑被测元素含量及准确度，选择谱线259.940 nm作为分析谱线。

2.2 试样分解研究

试样的消解是成分分析检测试验的关键。按试验方法分别加入不同比例的硝酸、氢氟酸、高氯酸、盐酸对试样的消解效果进行试验。试验结果表明硝酸用量10 mL、氢氟酸用量 10 mL、高氯酸用量5 mL，盐酸用量5 mL、测定结果比较稳定。溶样时，加热板温度不宜过高，否则酸蒸发过快，试样来不及消解完全，造成测试结果偏低。

2.3 称样量的研究

国标要求称样量是一个特定的值或者一个小区间的特定范围。称样量小，有利于样品的消解，但同时会导致所分析的样品欠缺足够的代表性；而称样量大，会增加消解酸的用量，且不利于样品在酸溶液中的分散。在保证结果准确度的前提下，选择合适的称样量即有利于样品消解又有利于节能减耗。选取不同称样量对标样进行试验，结果见表2。

表2 称样量试验结果Table 2 Results of sample weighing test

如表2所示，称样量不同测试结果基本一致。说明本实验拟合的试样分解方法不仅能充分满足检测员在称样时的称样量选择度，而且还能满足含Fe量更高的硅钙合金的检测任务。但为了保证选样的代表性，此处建议称样量选择为0.1000 g。

2.4 分析谱线的线性方程、相关系数、线性范围

选取铁元素谱线259.940 nm，设定仪器工作条件，测定打底工作曲线，如图1所示。

图1 工作曲线Fig.1 working curve

由图1可知，铁元素相关系数在0.999以上，符合ICP的要求。曲线浓度超出120 μg/mL时，曲线略有弯曲，按照曲线走势，超出最高点140 μg/mL时，不成线性，此方法最高可检测Fe含量140 μg/mL，换算成质量分数为14%。

2.5 方法准确度及精密度

按照上述条件试验的最优方案，对硅钙合金国家标准物质GBW(E)010295和GSB03-2197-2008进行验证试验，结果见表3。

表3 测试结果与标准值对照表Table 3 Table with the values specified in test results

由表3可知，两个硅钙标样的十一组测定值与标准值最大误差均不超过标准值的5%，准确度符合化学分析方法的一般要求。经过计算GBW(E)010295和GSB03-2197-2008两个标样相对标准偏差分别为0.488%和0.289%，符合化学分析方法的一般要求，说明该试验拟合的整套分析方法对于硅钙合金中Fe元素检测具有很好的应用潜力。

3 结 论

通过上述系列研究结果表明，准确称量0.1000 g硅钙合金样品于聚四氟乙烯烧杯中，依该试验方法消解样品后，采用Fe的259.940 nm分析线，利用等离子体光谱仪能准确、快速的进行硅钙合金中Fe含量的测定。同时该方法还具有操作简易、线性范围宽、准确度高、便于检验员操作的优点。