ICP-OES法测定镍铁中镍含量

2022-05-20田小亭

广州化工 2022年8期

田小亭，王凡，金英

(内蒙金属材料研究所，内蒙古包头 014034)

镍铁在炼钢工业中作为合金元素添加剂，可提高钢的抗弯强度和硬度，在铸铁中可使其结构均匀，密度提高，也可用作含镍或含镍铬铸铁轧辊及其他铸造合金加入剂。

镍铁一般按照品位即镍含量进行分类，国内比较流行的分类方法是根据冶炼的设备将镍铁分为高炉镍铁和电炉镍铁，其中高炉镍铁品味一般较低，大多含镍8%以下，而电炉镍铁一般含镍8%以上。对于镍铁中的镍含量，采用的是乙二胺四乙酸二钠(EDTA)络合滴定法和丁二酮肟重量法[1-2]。两种方法分析周期长，消耗试剂多，样品量多时，不能满足客户的进度要求。本文针对这一问题做了大胆创新，在所用仪器及器皿经过校准的情况下，选择最佳谱线，配置合适标准曲线，用ICP-OES法检测，分析速度快，可以更好地满足进度要求[3-14]。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

BLUE型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪，德国斯派克。

硝酸(ρ=1.42 g/mL)；盐酸(ρ=1.19 g/mL)；氢氟酸(ρ=1.15 g/mL)；高氯酸(ρ=1.67 g/mL)；镍标准溶液(1000 μg/mL，直接购买)；高纯铁(铁含量≥99.98%，镍含量≤0.001%)；镍铁标准物质(GBW(E)010421、GBW(E)010422)。

所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器工作条件

仪器主要参数：工作高频27.12 MHz，输出功率1250 W，冷却气流量15 L/min，辅助气流量1.00 L/min，雾化气流量0.80 L/min，蠕动泵转速30 rpm，样品提升量2.00 mL/min，预冲洗时间15 s，分析时间45 s。

1.3 试验方法

准确称取0.1000 g镍铁样品于200 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入10 mL硝酸，10 mL盐酸，5 mL氢氟酸，加热溶解样品，反应停止，取下加5 mL高氯酸，继续加热冒烟至流动的湿盐状，稍冷，加入10 mL盐酸溶解盐类，冷却至室温，移入100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。随同样品做空白。

1.4 工作曲线的配制

镍铁样品铁元素为主含量，称取6份0.1000 g高纯铁，按照1.3试验方法溶解，分别转移至工作曲线容量瓶中，做到基体匹配，消除干扰。加入镍标准溶液，工作曲线浓度为25 μg/mL、50 μg/mL、100 μg/mL、150 μg/mL、200 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，每条谱线干扰元素都不同，选择合适的谱线非常重要。选取两个镍铁标准样品GBW(E)010421和GBW(E)010422，选取镍元素四条分析谱线进行试验，结果见表1。

表1 分析谱线试验结果

由表1结果可知：谱线231.604 nm测定值与标准值最接近，该谱线钴元素可能存在干扰，试验结果说明该谱线共存元素干扰可忽略不计。考虑镍元素准确度及谱线干扰，选择谱线231.604 nm作为分析谱线。

2.2 称样量研究

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。选取镍铁标准物质GBW(E)010422进行不同称样量试验，结果见表2。

表2 称样量试验结果

由表2结果可知：在上述称样量范围内，镍的测定结果均不超出允许误差0.25%(参照GB/T30072-2013)，考虑到环保和节能，称样量选择0.1000 g。

2.3 试样分解研究

试样的消解是成分分析试验的关键。按试验方法分别加入不同比例的硝酸、盐酸、氢氟酸以及高氯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、盐酸用量10 mL、氢氟酸用量5 mL、高氯酸用量5 mL，测定结果比较稳定。试样消解时，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，造成分析结果偏低。

消解状态以试样被分解成湿盐状为最佳。消解完毕后，补加10 mL盐酸溶解盐类，与此同时也能达到试样酸度大致统一的目的，从而使带标准样品进行的检测分析数据更加具有说服力和进行更好的检测质量控制。

2.4 分析谱线的线性方程、相关系数

选取镍元素谱线231.604 nm，设置最佳仪器工作条件，铁基体溶液打底，测定镍元素工作曲线，如图1所示。

图1 工作曲线

由图1可知：铁基体溶液打底的镍元素相关系数在0.999以上，符合ICP的要求。在工作曲线下运行多遍空白，计算方法检出限为0.249%。

2.5 干扰试验

镍铁中铁和镍为主含量，铁基体对镍元素发射强度有影响，且对强度的增感或抑制是同时存在的，配置工作曲线时加入铁溶液消除基体干扰。杂质元素硅含量居多，溶解时加氢氟酸，高氯酸冒烟可以消除硅元素的干扰。其余杂质元素含量很低，干扰可以忽略不计。

2.6 样品分析

按照上述条件试验的最优方案，对两个镍铁标准物质GBW(E)010421和GBW(E)010422平行测定11次，结果见表3。

表3 方法的对比结果(n=11)

由表3结果可知：两个镍铁标准物质GBW(E)010421和GBW(E)010422镍含量误差均在国家标准允许误差内0.25%(参照GB/T30072-2013)。计算11组测定结果，两个镍铁标准物质GBW(E)010421和GBW(E)010422相对标准偏差RSD分别为0.645%，0.466%。符合化学分析方法的一般要求。