直接掃描-ICP-AES法測定曲軸坯中痕量砷銻鉍錫鉛

陳安明　李群

摘 要：研究了用直接掃描模式-ICP-AES 法測定低合金鋼中痕量砷銻鉍錫鉛的方法，建立了最佳工作條件，測定了各元素的檢出限，測定下限，進(jìn)行了干擾試驗(yàn)、精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室間比對試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，本法簡便、快速、準(zhǔn)確，分析結(jié)果滿意。

關(guān)鍵詞：直接掃描模式;ICP-AES;低合金鋼;砷銻鉍錫鉛

2019年資陽公司曲軸事業(yè)部與供貨商簽定CA100、CS100曲軸坯原材料供貨合同時對五害元素有技術(shù)要求，其中砷和鉛含量小于0.015%，鉍錫銻含量小于0.005%。砷銻鉍錫鉛這五種元素被稱為鋼鐵中的五害元素，它們通常為冶煉時由原材料鐵礦石帶入并殘留在鋼中的，含量一般不高于0.1%，多數(shù)優(yōu)質(zhì)鋼材中要求不大于0.01%。對砷銻鉍錫鉛的分析方法，目前主要有國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的萃取--分光光度法，氫化物發(fā)生--原子吸收光譜法等。但濕法化學(xué)分析法試樣前處理非常繁瑣，測定周期較長，分析之前還需要富集，而且容易帶來污染或損失。原子吸收法雖能分析部分元素，但試樣前處理過程很復(fù)雜，對化學(xué)試劑的要求比較苛刻，并且不能同時測定。ICP-AES法則可以做到在一份試樣溶液中同時對其所含的多個元素一次性測出，具有操作簡單，檢出限低，分析速度快，線性范圍寬，結(jié)果準(zhǔn)確可靠等特點(diǎn)，所以在國內(nèi)外已經(jīng)迅速發(fā)展成為一種廣泛而普遍采用的常規(guī)分析方法。

本文利用ICPS-7510軟件中的波長掃描模式功能，對鋼鐵中砷銻鉍錫鉛含量的測定進(jìn)行了試驗(yàn)，選擇出最佳試驗(yàn)條件及儀器參數(shù)。測定結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度均令人滿意。并參加了實(shí)驗(yàn)室間能力比對，即將我室結(jié)果與其他實(shí)驗(yàn)室的測定結(jié)果進(jìn)行比較，兩實(shí)驗(yàn)室測定結(jié)果取平均值，我室結(jié)果與該值進(jìn)行比較，其絕對誤差應(yīng)符合GB4336-84要求。本法簡便、快速、準(zhǔn)確，用于實(shí)際生產(chǎn)中鋼鐵中痕量砷銻鉍錫鉛的測定，結(jié)果令人滿意。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

日本島津公司ICPS 7510等離子體發(fā)射光譜儀;

鹽酸、硝酸：均為分析純;

混合酸：鹽酸：硝酸：水=1：1：2。

1.2 單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液

單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液1.00mg/mL。國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心提供，使用時進(jìn)行適當(dāng)稀釋。

1.3 儀器主要工作參數(shù)

RF發(fā)生器功率1.2kW，冷卻氣流量14L.min-1，等離子氣流量1L.min-1，載氣流量0.6L.min-1，積分時間3s，試樣提升量1mL.min-1。

1.4 試驗(yàn)步驟

準(zhǔn)確稱取0.5000g樣品于100mL鋼鐵兩用瓶中，加混合酸10mL，低溫加熱溶解樣品。冷卻至室溫，用蒸餾水定容。若有沉淀，需過濾，母液用于儀器測定。

1.5 工作曲線的繪制

分別稱取0.5000g高純鐵（99.99%）4份于100mL鋼鐵兩用瓶中，按試驗(yàn)方法1.4處理后，分別加入不同體積的單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，以不加標(biāo)液的點(diǎn)作為空白，建立系列標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，將溶液引入ICP光源，按儀器分析程序進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶樣酸的選擇

溶樣酸的不同，使溶液的粘度和表面張力不同，從而使離子質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動速度及分布發(fā)生變化，導(dǎo)致譜線強(qiáng)度的變化。試驗(yàn)選擇了三種溶樣酸：（1+1+2）硝鹽混酸、（2+3）硝酸+高氯酸、（1+1）硝酸+硫酸。試驗(yàn)結(jié)果表明，用混酸溶解試樣，能很好地溶解試樣中的砷銻鉍錫鉛，鋼樣溶解后溶液清晰無殘渣，測定結(jié)果滿意。而若用比較粘稠的硫酸或磷酸等溶樣會使測定靈敏度降低。由于鋼鐵中砷銻鉍錫鉛的含量本身就很低，所以不宜采用硫酸或磷酸溶樣。本法選擇用（1：1：2）硝鹽混酸溶解樣品。

2.2 儀器工作參數(shù)的優(yōu)化

射頻功率、載氣流量、觀測高度是影響儀器分析性能的指標(biāo)主要指標(biāo)。為了減少分析中背景的干擾，必須對以上幾項(xiàng)儀器條件進(jìn)行優(yōu)化?？筛鶕?jù)靈敏度、信背比等指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過試驗(yàn)，儀器的各項(xiàng)參數(shù)如1.3所示。

2.3 分析譜線的選擇

譜線的選擇應(yīng)遵循所選譜線靈敏度高、干擾少的原則。ICPS-7510光譜儀提供了譜線庫、靈敏線、參考靈敏度以及分析線干擾元素和強(qiáng)度，為譜線選擇提供了很多方便。因此首先在譜線庫中查找?guī)追N元素的分析線，通過對幾種元素的單元素溶液、帶基體標(biāo)準(zhǔn)溶液的各條譜線進(jìn)行掃描，將不同溶液中五種元素的譜圖進(jìn)行疊加、對照，記錄譜線信號和背景強(qiáng)度（見表1）。比較同一元素幾條可選分析線，從中選擇干擾少、信背比高的譜線作為分析線。并且通過ICPS-7510光譜儀軟件的背景校正功能，確定了適宜的背景校正點(diǎn)。

根據(jù)表1，本法選用的各元素的分析譜線分別為As 193.696nm，Sb 206.838nm，Bi 223.061nm，Sn 189.989nm，Pb 220.351nm。

2.4 元素掃描方式的選擇

ICPS-7510提供了三種波長掃描方式：一種為標(biāo)準(zhǔn)模式（峰搜索）一般用于常規(guī)分析及在±0.02nm范圍內(nèi)無干擾峰的情況。第二種為直接掃描模式，適用于干擾峰距元素峰比較接近時的情況。第三種為波長固定模式，應(yīng)用于干擾不能排除時的情況。本文選用直接掃描模式，因?yàn)榧词拱凑?.3在譜線庫中選擇了干擾比較少的分析譜線，但是還是有一些元素的干擾峰距元素峰比較接近，為了使檢測元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性比較好，并且使測定元素的檢出限得到大大改善，本文選用直接掃描模式來掃描波長。具體做法是配制一個1～10ppm濃度范圍的不含鐵基體的峰捕捉樣品（混合標(biāo)液），在測定標(biāo)準(zhǔn)系列的第一個標(biāo)準(zhǔn)溶液前，先測定這個峰捕捉樣品，讓儀器依次按每個分析元素進(jìn)行波長掃描，再接著進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)系列的采集。

2.5 基體干擾的消除

試液中鹽量的不同，粘度也隨之不同，結(jié)果將導(dǎo)致提升量不一致。在鋼鐵中主要基體元素為鐵，鐵對As、Sn、Pb的分析有干擾。所以為消除鐵基體影響，本法采用基體匹配法可有效消除基體效應(yīng)。即在混合標(biāo)準(zhǔn)系列中加入與試樣中含量接近的高純鐵與分析樣品的基體進(jìn)行匹配。

2.6 共存元素的相互影響

用每一種元素的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液分別加入不同量的另外四種元素的溶液，進(jìn)行元素間干擾試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，每種雜質(zhì)元素濃度在1?g/mL時對各分析譜線不產(chǎn)生相互干擾。

2.7工作曲線和相關(guān)系數(shù)

按步驟1.5，將標(biāo)準(zhǔn)系列溶液上機(jī)進(jìn)行發(fā)射強(qiáng)度的測定，以各元素濃度為橫坐標(biāo)，發(fā)射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，繪制工作曲線。結(jié)果表明，采用一次回歸曲線效果較好，各曲線的線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)如表2。

2.8方法的檢出限和測定下限

用所建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線，測定空白溶液10次，測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為檢出限，檢出限的20倍作為該方法的測定下限，見表3。

2.9 方法的準(zhǔn)確度與精密度

為驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確可靠性，準(zhǔn)確稱取幾個國家標(biāo)準(zhǔn)樣品和鋼鐵試樣按試驗(yàn)步驟1.4進(jìn)行測定。計算了相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=5）。并且將本室測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值或其他實(shí)驗(yàn)室測定結(jié)果進(jìn)行比對。結(jié)果見表4。

3 結(jié)論

①在本文選定條件下，對樣品溶解、譜線的選擇、干擾的消除等進(jìn)行了大量試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對低合金鋼中痕量砷銻鉍錫鉛多元素同時測定;

②通過對ICPS-7510等離子體發(fā)射光譜儀的軟件的深度開發(fā)和利用，可以使測定元素工作曲線的線性大大改善，并相應(yīng)降低檢出限;

③該方法簡便快速，準(zhǔn)確度高，用于實(shí)際生產(chǎn)中低合金鋼中痕量砷銻鉍錫鉛的測定，結(jié)果滿意。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊俊銘，顧明通.實(shí)用冶金分析[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1990.

[2] GB/T223.6-1994，鋼鐵及合金分析方法[S].北京：國家技術(shù)監(jiān)督局，1994.

[3]辛仁軒編.電感耦合等離子體光源-原理裝置及應(yīng)用[M].北京：光譜實(shí)驗(yàn)室編輯部，1984.

[4]郭德濟(jì).光譜分析法[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1990.

作者簡介：

陳安明（1970- ），男，漢族，籍貫：重慶市潼南縣，大學(xué)本科，高級工程師，研究方向：儀器分析。