基于金屬合金的ICP-OES測(cè)定法研究

呂立泉

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司，山東 濟(jì)南 271104）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，ICP-OES測(cè)定法由于其具有的卓越性能，和其他元素分析儀器都無法比擬的多元素同時(shí)快速定性分析的特點(diǎn)，被越來越多地應(yīng)用于分析檢測(cè)各類物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中，尤其是被廣泛應(yīng)用于無機(jī)化學(xué)分析中，現(xiàn)階段，ICP-OES測(cè)定法已經(jīng)在化學(xué)分析領(lǐng)域占據(jù)重要地位。本文基于分析硅鋁鋇合金中鋁、鋇兩種金屬元素的已知實(shí)驗(yàn)，對(duì)于ICP-OES測(cè)定法進(jìn)行探討和研究。

1 電感耦合等離子體（ICP）光譜儀器

1.1 發(fā)展歷程

從整體上看，電感耦合等離子體光譜儀器和技術(shù)的發(fā)展歷程可以大體上分為三個(gè)階段，第一階段即發(fā)展初期階段，是從1962年到1975年，在這一階段，產(chǎn)生了ICP焰炬，優(yōu)化了儀器分析條件以及驗(yàn)證了各類試驗(yàn)樣品的分析可行性。到此，電感耦合等離子體光譜儀器和技術(shù)已經(jīng)具備了推廣應(yīng)用的初步條件，并且開始為第二階段的發(fā)展做準(zhǔn)備進(jìn)行商品化生產(chǎn)。第二階段即商品化階段，是從1975年到1980年左右，1975年電感耦合等離子體光譜儀器開始商品化，盡管與傳統(tǒng)光源的電弧光源和化學(xué)火焰相比，具有較強(qiáng)和穩(wěn)定性和激發(fā)能力，但靈活性較差，且使用仍不是十分方便，因此在某些領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定限制。最后第三階段，即1980年至今，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的繁榮發(fā)展，順序掃描電感耦合等離子體光譜儀器在1980年前后被研制出并投入使用，該光譜儀結(jié)合了電感耦合等離子體光源，掃描單色器和微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，靈活性高，突破了原先電感耦合等離子體光譜儀器和技術(shù)在各個(gè)分析領(lǐng)域的應(yīng)用的局限性。發(fā)展至今，電感耦合等離子體光譜儀器和技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入各種互補(bǔ)類型并存，給不同試樣分析提供了多種選擇。

1.2 儀器工作原理

當(dāng)氬氣通過等離子體炬時(shí)，等離子體發(fā)射光譜儀用于通過RF發(fā)生器產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)使其他氬原子電離，加速并碰撞。該鏈鎖反應(yīng)導(dǎo)致更多的氬原子被電離，并形成原子，離子和電子的粒子混合物。樣品通過霧化器霧化，然后通過氬氣進(jìn)入等離子炬進(jìn)行霧化，離子化和激發(fā)。由不同元素的原子在激發(fā)或電離時(shí)發(fā)出的特征光譜可用于定性確定樣品中存在的元素。特征光譜的強(qiáng)度取決于樣品中的原子濃度。然后與標(biāo)準(zhǔn)溶液相對(duì)比，樣品中的每種元素都可以定量。

2 ICP-OES法測(cè)定硅鋁鋇合金中鋁和鋇實(shí)驗(yàn)

2.1 概述

硅鋁鋇鐵合金被廣泛應(yīng)用于煉鋼工業(yè)過程中，是十分重要的脫氧劑。本方法用酸處理，通過ICP-OES同時(shí)在硅鋁鋇試驗(yàn)樣品中測(cè)定鋁和鋇兩種金屬元素。在該實(shí)驗(yàn)中，使用具有不同含量的相同類型的標(biāo)準(zhǔn)樣品作為分析曲線，以及樣品平衡，酸添加量，樣品處理和光譜線選擇對(duì)方法準(zhǔn)確性的影響。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，由每個(gè)實(shí)驗(yàn)程序確定的每個(gè)元素的值都在誤差范圍內(nèi)，并獲得了良好的結(jié)果。綜上，在該實(shí)驗(yàn)中利用ICP-OES測(cè)定法，具有效率高，過程簡(jiǎn)便和準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)。

2.2 具體實(shí)驗(yàn)方法

在100ml聚氯乙烯燒杯中精確稱量0.0500克樣品，加入5ml硝酸，緩慢加入3ml氫氟酸，在低溫電烤箱中加熱直至溶解，直到溶液澄清為止，取出加入5ml高氯酸酸溶液加熱。蒸發(fā)成白色高氯酸，保持加熱至幾乎干燥，除去一些冷的水分，然后向杯中加入2ml溶解的硝酸鹽，用少量水沖洗墻壁，再加入3ml高氯酸，將其放在電烤箱上并繼續(xù)加熱高氯酸白煙幾乎已干，將氟排出，除去并冷卻至室溫，用水，10 ml（1+1）鹽酸沖洗燒杯壁，將鹽溶解在解決方案，在電爐上加熱煮沸，除去冷氣。在室溫下轉(zhuǎn)移至100 ml鋼制容量瓶中，并加滿蒸餾水。準(zhǔn)備空白樣品，即無樣品作為試劑空白和不同含量的標(biāo)準(zhǔn)品（所選標(biāo)準(zhǔn)元素的含量范圍應(yīng)與樣品的含量兼容，并且樣品的含量應(yīng)盡可能落在兩者之間）四到五個(gè)。根據(jù)設(shè)定的ICP-OES工作參數(shù)選擇基本分析線，并用ICP-OES蠕動(dòng)泵提取空白溶液，標(biāo)準(zhǔn)分析溶液和測(cè)試溶液。該軟件會(huì)自動(dòng)繪制工作曲線以獲得分析結(jié)果。

2.3 結(jié)果與討論

由實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，可知RSD的值符合要求，且每次所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果都在允許的誤差范圍內(nèi)，該處理方法切實(shí)可行。利用ICP-OES測(cè)定法同時(shí)測(cè)定硅鋁鋇合金中的鋁和鋇元素，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果精確度高，相對(duì)于分別分析測(cè)定兩種元素縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高了實(shí)驗(yàn)工作效率?？偠灾?，利用ICP-OES法同時(shí)測(cè)定多元素的實(shí)驗(yàn)，相對(duì)于傳統(tǒng)的化學(xué)分析，具有操作時(shí)間較短，過程更簡(jiǎn)便，消耗試劑量更少和對(duì)環(huán)境更友好等優(yōu)點(diǎn)。因此，隨著該測(cè)定法不斷優(yōu)化，在將來，儀器分析將逐步取代傳統(tǒng)化學(xué)分析的主導(dǎo)地位。

3 ICP-OES法常見干擾類型及校正方法

ICP-OES法使用過程中的干擾類型中常見的主要有化學(xué)干擾和物理干擾兩大類，還有一些其他的不常見的干擾類型如記憶效應(yīng)干擾、電離干擾和光譜干擾等。

3.1 化學(xué)干擾

化學(xué)干擾通常發(fā)生在光譜分析的樣品制備階段。ICPOES法由高溫光源和高效的霧化器系統(tǒng)組成。由于等離子體溫度十分高，因此在這樣的高溫條件下難以維持或形成連接。與火焰原子吸收光譜法中發(fā)生的干擾相比，ICP發(fā)射光譜分析中的化學(xué)干擾可以忽略不計(jì)。

3.2 物理干擾

通常，在進(jìn)入ICP測(cè)量之前，必須對(duì)各種形狀的樣品進(jìn)行預(yù)處理，以將其轉(zhuǎn)化為液體。蠕動(dòng)泵將液體樣品注入霧化器，高速氬氣將液體吹成均勻的小液滴，溶液的比重，粘度和表面張力等物理因素都會(huì)影響霧化效果，進(jìn)而影響測(cè)試儀的精度和靈敏度。如果樣品溶液包含有機(jī)溶劑，例如甲醇和乙醇，則溶液的粘度和表面張力會(huì)降低。有機(jī)溶劑的可燃性會(huì)升高儀器終端氣體的溫度，這會(huì)影響光譜線的強(qiáng)度并增加測(cè)量值。校正物理干擾的方法主要有基本匹配法、標(biāo)準(zhǔn)加入和內(nèi)標(biāo)法等。

4 結(jié)語

經(jīng)過近幾十年來的飛速發(fā)展，電感耦合等離子體光譜儀器和技術(shù)已基本成熟，也取得了許多重要的技術(shù)成果，并不斷進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新?？偟膩碚f，在現(xiàn)有技術(shù)條件下可以解決的主要問題基本上已經(jīng)解決，但是這并不意味著該儀器和技術(shù)已經(jīng)非常完善，不需要繼續(xù)研究和改進(jìn)。眾所周知，目前存在著一些很重要的長(zhǎng)期技術(shù)問題亟待解決。因此，重要的是擁有新穎而準(zhǔn)確的技術(shù)思維，并對(duì)此具有明顯的見解，促進(jìn)ICP-OES在金屬合金中金屬元素分析領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，這些是發(fā)射光譜學(xué)領(lǐng)域的新趨勢(shì)。如果可以成功地促進(jìn)和正確利用電感耦合等離子體光譜儀器和技術(shù)，則可以促進(jìn)其進(jìn)入新的發(fā)展階段和發(fā)展領(lǐng)域，造福人類。