國(guó)產(chǎn)微波消解儀在合金鋼常量元素檢測(cè)中的應(yīng)用

來(lái)福

(1.北京出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心, 北京 100026；2.上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司，上海 201108)

國(guó)產(chǎn)微波消解儀在合金鋼常量元素檢測(cè)中的應(yīng)用

劉鑫1尚士進(jìn)1高峰1劉來(lái)福1金曉靜2齊國(guó)光2

(1.北京出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心, 北京 100026；2.上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司，上海 201108)

采用快速高效的微波消解前處理方法，結(jié)合電感耦合等離子體發(fā)射光譜對(duì)合金標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中硅、錳、磷、硫、銅、鎢、錫等元素進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明，選用HNO3∶HCL∶HF=3∶1∶1的酸配比消解效果最好，所得各元素均在質(zhì)控范圍內(nèi)，回收率均在96%～103%之間，RSD(n=6)均在0.6%～2.2%之間。超高壓的微波前處理結(jié)合電感耦合等離子體發(fā)射光譜的方法，具有消解效果好，操作快速簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足合金鋼等樣品的日常監(jiān)測(cè)需求。

超高壓微波消解 ICP-OES 合金鋼 常量元素

1 引言

目前，對(duì)于合金檢測(cè)方法往往選擇敞口濕法消解或熔融法，實(shí)際應(yīng)用中，操作繁瑣復(fù)雜，處理時(shí)間長(zhǎng)。隨著相關(guān)企業(yè)和領(lǐng)域?qū)辖鹬性氐臏y(cè)定速度及準(zhǔn)確性要求的提高，檢測(cè)的方法因此逐步得到改進(jìn)。

微波消解法是采用在密閉容器中微波加熱反應(yīng)的一種方法。樣品可在高溫高壓條件下進(jìn)行酸消解，具有偶然誤差小、稱樣量少、消解快速完全等特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。采用微波消解法對(duì)合金進(jìn)行處理，可以方便快速地實(shí)現(xiàn)合金樣品的完全消解，滿足檢測(cè)要求。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)新的分析測(cè)試技術(shù)，具有檢測(cè)限低、線性范圍寬、干擾少、精密度高的特點(diǎn)，可進(jìn)行多元素的同時(shí)快速分析，能適應(yīng)復(fù)雜體系的痕量或超痕量元素分析，已在環(huán)保、冶金、地礦等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文采用微波消解技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行前處理，提高前處理的效率，并減少基體干擾，減少加入的酸的量，是一種環(huán)境友好的前處理方法。然后用ICP-OES儀對(duì)常量元素進(jìn)行測(cè)定，建立了測(cè)定合金中元素檢測(cè)的方法。

2 試劑及儀器

2.1 試劑

濃硝酸：優(yōu)級(jí)純；濃鹽酸：優(yōu)級(jí)純；氫氟酸：優(yōu)級(jí)純；GBW01339低合金鋼標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)；實(shí)驗(yàn)室用水均為超純水；硅、錳、磷、硫、銅、鎢、錫等元素標(biāo)液。

2.2 儀器

微波消解儀：TOPEX 10位，上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司；電感耦合等離子體發(fā)射光譜：NexION 350 Series，美國(guó)珀金埃爾默；分析天平；離心機(jī)；移液槍；玻璃容量瓶；實(shí)驗(yàn)中所用玻璃器皿使用前均經(jīng)20%硝酸浸泡24h后，超純水洗凈烘干備用。

3 實(shí)驗(yàn)步驟

3.1 樣品處理

稱取樣品0.2g(精確至0.01g)樣品，置于100mL聚四氟乙烯的消解罐中，加HNO3∶HCL∶HF=3∶1∶1，若反應(yīng)劇烈需靜置待反應(yīng)平穩(wěn)后，裝配消解罐運(yùn)行微波消解儀，運(yùn)行結(jié)束后，冷卻至室溫，將消解液轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中定容，搖勻待測(cè)，微波消解程序見(jiàn)表1。

表1 微波消解程序

3.2 儀器條件

本方法選擇的儀器工作條件為： 等離子氣10 L/min， 輔助氣0.2 L/min， 霧化器0.55 L/min，射頻功率1300 W，泵速1.5 mL/min。此工作條件下，儀器性能滿足實(shí)驗(yàn)的要求。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

用2%(體積分?jǐn)?shù)，下同)硝酸將混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋后，配制成濃度為：0、5、10、50、100 ng/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，在優(yōu)化的儀器條件下，通過(guò)蠕動(dòng)泵采集空白、標(biāo)準(zhǔn)溶液，儀器自動(dòng)繪制校準(zhǔn)曲線(表2)。

表2 各元素線性方程

4 結(jié)果與討論

4.1 前處理方法選擇

測(cè)定合金中常量元素，傳統(tǒng)樣品制備技術(shù)一般用酸溶法。酸溶法有常壓混合酸消解法和微波消解法。常壓混合酸消解法通常是王水消解，為保證消解完全，通常要加兩次王水，因?yàn)槭堑蜏叵?，消解時(shí)間比較長(zhǎng)，酸用量大，酸中雜質(zhì)引起基體和空白污染。由于是敞開(kāi)式消煮，也易造成交叉污染，空白值高，酸氣對(duì)檢測(cè)人員和環(huán)境也有很大的危害。

微波消解是一種嶄新、高效的樣品溶解技術(shù)。樣品在密閉容器中通過(guò)微波加熱使樣品在較高壓力和溫度下在強(qiáng)酸和氧化劑作用下高效快速消解。它溶樣時(shí)間短，試劑用量少，空白值低，基本避免了樣品污染和元素?fù)p失，保證了測(cè)定的準(zhǔn)確可靠，一次消解可以滿足多種金屬元素的測(cè)定，克服了常規(guī)消化需分開(kāi)處理的不足之處，也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，是目前最理想并且成熟的樣品消解方法。

取合金鋼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，用常壓消解法和微波消解法進(jìn)行樣品前處理對(duì)比并測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。表3比較了兩種消解方法酸用量、消煮時(shí)間及檢測(cè)國(guó)家有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果，從檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樣品測(cè)定值均在允許誤差范圍內(nèi)，但是考慮工作效率和對(duì)環(huán)境的污染情況兩個(gè)因素，實(shí)驗(yàn)最終選擇微波消解法來(lái)處理合金。

表3 不同前處理方法對(duì)比

4.2 準(zhǔn)確度及精密度實(shí)驗(yàn)

選取GBW 01339 合金鋼標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，按照同樣的處理方法，使用相同的前處理設(shè)備及后續(xù)檢測(cè)儀器，每個(gè)樣品6個(gè)平行，結(jié)果如表4，從表4中可以看出，實(shí)驗(yàn)室所測(cè)定的多有元素均在質(zhì)控范圍內(nèi)，該方法準(zhǔn)確可靠。

表4 各元素測(cè)定結(jié)果

5 結(jié)論

本方法采用微波消解的前處理方法結(jié)合電感耦合等離子體發(fā)射光譜對(duì)合金中常量元素進(jìn)行分析，檢測(cè)結(jié)果表明，該方法測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均在范圍內(nèi)，回收率符合要求，重現(xiàn)性高。

[1]董秋洪,聶根新,涂田華,等.食品中重金屬污染對(duì)人體健康的影響及其對(duì)策[J].城鄉(xiāng)致富 , 2003 (3) :37-38.

[2]張盼盼,王苗,張銀鳳,郭丹丹,王洋. 微波消解/ICP-OES法測(cè)定土壤中銅元素含量[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料, 2015 , 13 (2):91-93.

[3]趙明明,李麗華,張金生.MPT-AES法測(cè)定大米中鉛和鎘[J].食品研究與開(kāi)發(fā), 2015 (12) :103-105.

2017-10-04

劉鑫，高級(jí)工程師，liuxin@bjciq.gov.cn。

信息簡(jiǎn)訊

安徽光機(jī)所大氣乙二醛外場(chǎng)測(cè)量技術(shù)取得新進(jìn)展

近日，在科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助下，安光所張為俊研究員課題組在大氣乙二醛(CHOCHO)探測(cè)方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以"Portable broadband cavity-enhanced spectrometer utilizing Kalman filtering: application to real-time, in situ monitoring of glyoxal and nitrogen dioxide"為題發(fā)表于美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)主辦的Optics Express雜志上(Opt. Express, 25, 26910-26922, 2017)(SCI二區(qū))。

大氣乙二醛是反應(yīng)性有機(jī)物降解過(guò)程中重要的中間態(tài)組分，是有機(jī)物降解機(jī)制及其對(duì)O3和細(xì)粒子生成影響研究的關(guān)鍵。課題組方波、趙衛(wèi)雄等人研發(fā)了一套便攜式高靈敏度寬帶腔增強(qiáng)光譜儀，工作在440-480 nm 波段，實(shí)現(xiàn)了大氣CHOCHO的在線測(cè)量。該儀器在光學(xué)結(jié)構(gòu)和后端數(shù)據(jù)處理兩個(gè)方面對(duì)傳統(tǒng)的寬帶腔增強(qiáng)技術(shù)做了改進(jìn)：標(biāo)準(zhǔn)籠式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及SMA光纖接頭準(zhǔn)直器，提高了光腔耦合效率，結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好；采用自適應(yīng)卡爾曼濾波(Kalman filter)技術(shù)后，在21s采樣時(shí)間下，CHOCHO的測(cè)量精確度可達(dá)到8 pptv，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

該儀器將在反應(yīng)性有機(jī)物大氣環(huán)境作用的外場(chǎng)觀測(cè)研究發(fā)揮重要作用，同時(shí)，所建立的方法，對(duì)寬帶腔增強(qiáng)吸收光譜在大氣痕量探測(cè)中的應(yīng)用具有借鑒意義。(安徽光機(jī)所方波)

Applicationofdomesticmicrowavedigestioninstrumentinthedeterminationofmacro-elementsinalloysteel.

LiuXin1,ShangShijin1,GaoFeng1,LiuLaifu1*,JinXiaojing2，QiGuoguang2

(1.BeijingEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Beijing100026,China; 2.PreekemScientificInstrumentsCo.,Ltd.,Shanghai201108,China)

The contents of seven elements (Si, Mn, P, S, Cu, W, Sn) in the standard material of alloy steel were determined by high-efficient microwave digestion combined with inductively coupled plasma mass (ICP-MS). The result indicated that the optimal digestion condition was HNO3∶HCL∶HF=3∶1∶1. Under the pretreatment condition, the seven detected elements were all within the scope of standard control, The spike recovery ranged from 96% to 103% with a relative standard deviation (RSD, n=6) of 0.6%-2.2%. This method was simple, rapid, effective and suitable for routine detection of alloy steel samples.

ultrahigh pressure microwave digestion instrument; ICP-OES; alloy steel; macro-elements

北京市科技計(jì)劃課題《國(guó)產(chǎn)分析儀器驗(yàn)證與綜合評(píng)價(jià)市場(chǎng)化推廣研究與實(shí)踐》(Z161100003016006)資助。

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.06.029