周垣 楊覦 （天津鋼鐵集團有限公司技術(shù)中心，天津 300301)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定高碳鉻鐵中Al和Ti

周垣 楊覦 （天津鋼鐵集團有限公司技術(shù)中心，天津 300301)

介紹了采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定高碳鉻鐵中Al和Ti的試驗方法。采用過氧化鈉在鎳坩堝中熔融樣品，水浸取后加入硝酸至溶液澄清，定容。用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜測定溶液中Al和Ti的發(fā)射光譜強度。以重鉻酸鉀和鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液進行基體匹配，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)校準(zhǔn)曲線計算樣品中Al、Ti的含量。采用該方法測量高碳鉻鐵中的Al、Ti元素，準(zhǔn)確度、精密度能夠滿足生產(chǎn)檢驗要求。

光譜 高碳鉻鐵 鋁 鈦 試驗 測定

1 前言

天津鋼鐵集團有限公司轉(zhuǎn)爐冶煉GCr15軸承鋼等高性能鋼材時需要使用高碳鉻鐵作為合金添加劑，為防止高碳鉻鐵中的Al、Ti隨鐵合金進入鋼液影響鋼材性能，需要嚴(yán)格控制高碳鉻鐵中的Al、Ti含量，因而需要實驗室檢測高碳鉻鐵中的Al、Ti元素含量。目前國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分析方法沒有高碳鉻鐵Al、Ti元素的分析方法。我們選用過氧化鈉在鎳坩堝中熔融試樣，硝酸酸化，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀測定高碳鉻鐵中的Al、Ti元素含量，本方法操作簡便，分析速度快，分析精密度、準(zhǔn)確度能夠滿足生產(chǎn)檢驗的要求。

2 實驗部分

2.1 主要儀器及工作條件

ULTIMA-2型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（法國JY HORIBA公司)。

工作條件：進樣時間60 s;工作功率：1 000 W;護套氣：12 L/min;載氣：0.4 L/min。

2.2 試劑

（1) 過氧化鈉、硝酸、鹽酸、硫酸，純度均為分析純，水為去離子水。

（2) 重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（3.5 mg/mL) 稱取100℃干燥后的優(yōu)級純重鉻酸鉀3.500 0 g于500 mL燒杯中，加入300 mL蒸餾水，充分溶解后移入1 000 mL容量瓶中定容。

（3) 鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.4 mg/mL) 稱取0.400 0 g高純鐵于200 mL燒杯中，加入30 mL鹽酸（1+1)低溫加熱反應(yīng)至樣品溶解，冷卻后移入1 000 mL容量瓶定容。

（4) 氯化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（1.719 2 mg/mL) 稱取1.719 2 g高純氯化鉀于500 mL燒杯中，加入300 mL蒸餾水，充分溶解后移入1 000 mL容量瓶中定容。（5) 鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液（20 ug/mL) 稱取1.000 0 g高純鋁于200 mL燒杯中，加入30 mL鹽酸（1+1)低溫加熱反應(yīng)至樣品溶解，冷卻后移入1 000 mL容量瓶內(nèi)定容，鋁標(biāo)液濃度為1 mg/mL。移取20 mL的鋁標(biāo)液（1 mg/mL)至1 000 mL容量瓶中定容，得到20 ug/mL的鋁標(biāo)液。

（6) 鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液（20 ug/mL) 稱取1.000 0 g鈦粉（高純試劑)于400 mL聚四氟乙烯燒杯中，加5 mL氫氟酸，立即滴加2 mL硝酸，加熱溶解，冷卻后加入20 mL硫酸低溫蒸發(fā)至冒硫酸煙，冷卻至室溫。移入1000 mL容量瓶中，用硫酸（5+95)定容。移取20 mL鈦標(biāo)液（1 mg/mL)至1 000 mL容量瓶中，用硫酸（5+95)定容，得到20 ug/mL的鈦標(biāo)液。

2.3 試驗方法

試樣經(jīng)研磨至全部通過160目篩孔，至105℃干燥箱干燥2 h，放在干燥器中冷卻至室溫。

稱取0.200 0 g樣品于已加入2.000 0 g過氧化鈉的鎳坩堝中混勻，放入750℃的馬弗爐中熔融10 min，其間將鎳坩堝取出搖動2次。將鎳坩堝放入已加入100 mL熱水的500 mL燒杯中，浸取并緩慢加入30 mL（1+1)硝酸，洗凈并取出鎳坩堝。將燒杯放在高溫爐盤上加熱至溶液澄清，冷卻后定溶到250 mL容量瓶中。

移取50 mL溶液到100 mL容量瓶中，加入20 mL KCl溶液（1.7192 mg/mL)，定容至刻度。把制備好試樣溶液引入儀器，在選定的工作條件下測量發(fā)射光譜強度，按照建立的校準(zhǔn)曲線計算樣品溶液中Al、Ti的含量。

2.4 制備工作曲線

按樣品處理方法制備一個空白溶液（只加熔劑不加樣品)。分取5份50 mL空白溶液到100 mL容量瓶中，分別加入20 mL重鉻酸鉀溶液（3.5 mg/mL)、10 mL 鐵標(biāo)液 （0.4 mg/mL)，加入 0 mL、1 mL、2 mL、4 mL、6 mL濃度為20 ug/mL的Al、Ti標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容、混勻。

把制備好系列標(biāo)準(zhǔn)溶液引入儀器，測量各溶液的發(fā)射光譜強度，根據(jù)溶液中Al、Ti元素含量的標(biāo)準(zhǔn)值和光譜強度，建立工作曲線。

3 結(jié)果與討論

3.1 樣品制備條件

傳統(tǒng)濕法化學(xué)采用0.100 0～0.250 0 g樣品加入5～8 g的過氧化鈉高溫熔融。如果本方法采用傳統(tǒng)濕法化學(xué)中樣品與熔劑的質(zhì)量比例，制備出的溶液中Na元素的濃度為0.94 mg/mL，鹽類較多并不適用于ICP光譜分析。為了降低溶液鹽類過高對霧化效果的影響，應(yīng)盡量減少過氧化鈉的使用量。本次實驗選用2 g過氧化鈉高溫熔融樣品，降低過氧化鈉用量后仍然可以使樣品完全溶解,而且過氧化鈉的量為傳統(tǒng)濕法化學(xué)分析方法中過氧化鈉最小用量的40%，分析方法的檢出限和檢測下限有較大提高。

本方法采用鎳坩堝堿熔融樣品，在高溫熔樣過程中不可避免地引入了Ti元素及鎳坩堝中含有的少量雜質(zhì)元素。為了避免制樣過程對分析結(jié)果準(zhǔn)確度和精密度的影響，應(yīng)注意以下2個方面：

（1) 保持熔樣溫度和熔融時間穩(wěn)定;

（2) 注意選用的鎳坩堝的Al、Ti的含量，如果鎳坩堝的Al、Ti含量過高會影響樣品的分析結(jié)果。

3.2 光譜儀工作條件的選擇

3.2.1 譜線的選擇

本實驗選用 Al：309.271 nm，Ti：334.941 nm 作為分析譜線[1]。Al線附近沒有 Cr、Ni、Na、K、Ti、Fe等有可能對分析過程造成譜線重疊影響的元素，Ti線附近有一條Cr線（334.907 nm)，這條譜線是Cr的低靈敏線而且與Ti線相距0.034 nm，ICP-AES的靈敏度較高，通過扣除背景就可以保證其測量強度不受影響。

3.2.2 發(fā)生器功率、氣體流量、沖洗及進樣時間的選擇[2]

ULTIMA 2型光譜儀在分析常規(guī)樣品時的測量參數(shù)為：發(fā)生器功率 1 000 W;護套氣流速 12 L/min;載氣流速0.2 L/min;沖洗時間20 s;進樣穩(wěn)定時間20 s?？紤]到堿熔熔樣品后溶液鹽類較高的情況，應(yīng)對以上測量參數(shù)進行調(diào)整，使分析方法的精密度和準(zhǔn)確度能夠滿足生產(chǎn)檢驗要求。

提高發(fā)生器功率會使光譜背景強度也隨之提高，并不能提高分析方法的精密度，所以不做調(diào)整。護套氣的主要作用是冷卻炬管和維持等離子體穩(wěn)定性，選擇流量為12 L/min能夠滿足實驗要求。0.2 L/min的載氣流速適用于低鹽類溶液的分析，應(yīng)適當(dāng)提高載氣流速來增加試樣提升量，本次實驗調(diào)整為0.4 L/min。鹽類較高的溶液通常都伴隨著霧化器記憶效應(yīng)的增強，低鹽類溶液使用的進樣時間（沖洗時間+進樣穩(wěn)定時間)較短，本次實驗的樣品溶液進樣時間調(diào)整為沖洗時間為20 s，進樣穩(wěn)定時間為40 s。

3.3 精密度試驗與檢測下限的確定

分別對2個樣品進行7次測定，統(tǒng)計其標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果匯于表1。從表1的結(jié)果可以看出，Al的最大相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.13%，Ti的最大相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.84%，本方法具有較好的精密度。

表1 精密度實驗結(jié)果 /%

測定11個空白試液，以其測定值標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍計算檢出限，結(jié)果見表2。

表2 精密度實驗結(jié)果

3.4 加標(biāo)回收率

目前市場上銷售的國產(chǎn)高碳鉻鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品中不包含Al、Ti元素的標(biāo)準(zhǔn)值，本實驗采用加標(biāo)回收率的方法驗證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，每個樣品都加入3種濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，驗證結(jié)果見表3。所有驗證試驗的回收率都在95%-105%之間，準(zhǔn)確性能夠滿足檢驗要求。

4 結(jié)論

表3 回收率試驗結(jié)果

采用過氧化鈉在鎳坩堝中熔融樣品，水浸取后加入硝酸酸化，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法檢測高碳鉻鐵中Al、Ti的含量，準(zhǔn)確度、精密度能夠滿足生產(chǎn)檢驗要求。

[1]曹宏燕.冶金材料分析技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008：461～462．

[2]辛仁軒.等離子體發(fā)射光譜分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：135～148．

Measurement and Determination of Al and Ti in High Carbon Ferrochromium by ICP-AES Method

Zhou Huan,Yang Yu

The paper introduces the test method for measuring Al and Ti in high carbon ferrochromium with ICP-AES.The sample is smelted in nickel crucible with sodium peroxide and extracted with water,and then nitric acid is added to make the solution clear.The spectrum intensity of Al and Ti in the solution is measured and determined by ICP-AES.Potassium dichromate and iron standard solution are utilized for matrix matching and standard curve is established.Al and Ti contents in the sample are calculated as per calibrated curve.This method of measuring Al and Ti elements in high carbon ferrochromium gives accuracy and precision high enough to meet the demand of production inspection.

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（收稿 2011-07-13 責(zé)編 趙實鳴)

周垣，工程師，現(xiàn)于天津鋼鐵集團有限公司技術(shù)中心從事理化性能檢測工作。