田小亭

(內(nèi)蒙古金屬材料研究所，內(nèi)蒙古 包頭 014034)

硅鐵就是鐵和硅組成的鐵合金。硅鐵是以焦炭、鋼屑、石英(或硅石)為原料，用電爐冶煉制成的鐵硅合金。由于硅和氧很容易化合成二氧化硅，所以硅鐵常用于煉鋼時(shí)作脫氧劑，同時(shí)由于SiO2生成時(shí)放出大量的熱，在脫氧的同時(shí)，對(duì)提高鋼水溫度也是有利的。同時(shí)，硅鐵還可作為合金元素加入劑，廣泛應(yīng)用于低合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、耐熱鋼及電工硅鋼之中，硅鐵在鐵合金生產(chǎn)及化學(xué)工業(yè)中，常用作還原劑。

硅鐵中鐵元素檢測無國家標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)室以三氯化鈦還原-重鉻酸鉀容量法檢測為主，此方法檢測周期長、操作煩瑣，不能更好更快地服務(wù)客戶。ICP法具有檢出限低、線性范圍寬、光譜干擾少、精密度好、檢測速度快等優(yōu)點(diǎn)[1]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

iCAP7400型全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國熱電)，儀器控制軟件TEVA。硝酸，ρ=1.42g/mL；氫氟酸，ρ=1.15g/mL；高氯酸，ρ=1.67g/mL；鹽酸，ρ=1.19g/mL；鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，1000ug/mL，直接購買。所用試劑均為分析純。

1.2 儀器工作條件

儀器主要參數(shù)：工作高頻27.12MHz，輸出功率1150W，冷卻氣流量16L/min，輔助氣流量0.5L/min，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速100r/min，垂直觀察高度15mm，霧化器壓力26psi，積分時(shí)間：長波15s，短波30s。

1.3 試驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱取0.1000g，粒度不大于0.125mm的試樣。隨同試樣做空白。將試樣置于200mL聚四氟乙烯燒杯中，加入10mL硝酸，滴加10mL氫氟酸，因反應(yīng)劇烈，邊加邊搖動(dòng)，至試樣溶解完全，加入5mL高氯酸冒煙至近干，取下冷卻，用少量水沖洗杯壁，加5mL鹽酸，加熱溶解鹽類，冷卻至室溫。將試液過濾至100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

1.4 工作曲線的配制

硅鐵硅為主含量，加氫氟酸，高氯酸冒煙，可消除硅元素干擾。分別移取鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液0mL、5mL、10mL、15mL、20mL、25mL于100mL容量瓶中，鐵元素工作曲線濃度為0ug/mL、50ug/mL、100ug/mL、150ug/mL、200ug/mL、250ug/mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析譜線的選擇

ICP靈敏度高，線性范圍寬，每個(gè)元素有很多條譜線，選擇合適的譜線非常重要。選取兩個(gè)硅鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)010398和GBW01432，選取鐵元素四條分析線進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 分析譜線試驗(yàn)結(jié)果

由表1結(jié)果可知：低強(qiáng)度譜線239.562、240.488結(jié)果準(zhǔn)確度低于高強(qiáng)度譜線259.940、238.204?？紤]被測元素含量及準(zhǔn)確度，選擇譜線259.940nm作為分析譜線。

2.2 試樣分解研究

試樣的消解是成分分析檢測試驗(yàn)的關(guān)鍵。按試驗(yàn)方法分別加入不同比例的硝酸、氫氟酸、高氯酸、鹽酸對(duì)試樣的消解效果進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明硝酸用量10ml、氫氟酸用量10ml、高氯酸用量5ml，鹽酸用量5ml、測定結(jié)果比較穩(wěn)定。溶樣時(shí)，加熱板溫度不宜過高，否則酸蒸發(fā)過快，試樣來不及消解完全，造成測試結(jié)果偏低。

2.3 稱樣量的研究

國標(biāo)要求稱樣量是一個(gè)特定的值或者一個(gè)小區(qū)間的特定范圍。稱樣量小，有利于樣品的消解，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致所分析的樣品欠缺足夠的代表性；而稱樣量大，會(huì)增加消解酸的用量，增加成本且不利于樣品在酸溶液中的分散。在保證結(jié)果準(zhǔn)確度的前提下，選擇合適的稱樣量即有利于樣品消解又有利于節(jié)能減耗。選取硅鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW01432進(jìn)行稱樣量試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 稱樣量試驗(yàn)結(jié)果

如表2結(jié)果可知：稱樣量不同測試結(jié)果基本一致。說明本實(shí)驗(yàn)擬合的試樣分解方法不僅能充分滿足檢測員在稱樣時(shí)的稱樣量選擇度，而且還能滿足含鐵量更高的硅鐵的檢測任務(wù)。但為了保證選樣的代表性，此處建議稱樣量選擇為0.1000g。

2.4 分析譜線的線性方程、相關(guān)系數(shù)

選取鐵元素譜線259.940nm，設(shè)定儀器最佳工作條件，測定鐵元素工作曲線，線性及相關(guān)系數(shù)如圖1所示。

圖1 工作曲線

由圖1可知：鐵元素相關(guān)系數(shù)0.9997，大于0.999，符合ICP的一般要求。在工作曲線下運(yùn)行多遍空白，計(jì)算方法檢出限為0.459%。

2.5 干擾試驗(yàn)

硅鐵中硅和鐵為主含量，硅基體對(duì)鐵元素發(fā)射強(qiáng)度有影響，且對(duì)強(qiáng)度的增感或抑制是同時(shí)存在的，溶解樣品時(shí)加氫氟酸，硅元素與氟元素生成SiF4，高氯酸冒煙趕走SiF4，消除硅元素干擾。雜質(zhì)元素鋁、鈣含量居多，鋁、鈣元素高強(qiáng)度譜線都在300nm以上，與鐵元素譜線259.940nm不存在干擾，其余雜質(zhì)元素含量很低，干擾可以忽略不計(jì)。

2.6 樣品分析

按照上述分析譜線、試樣分解、稱樣量、工作曲線條件試驗(yàn)得出的最優(yōu)方案，選取兩個(gè)硅鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)010398和GBW01432平行測定11次，結(jié)果見表3。

表3 測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)照表

由表3結(jié)果可知：兩個(gè)硅鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的十一組測定值與標(biāo)準(zhǔn)值最大誤差均不超過標(biāo)準(zhǔn)值的5%，準(zhǔn)確度符合化學(xué)分析方法的一般要求。經(jīng)過計(jì)算GBW(E)010398和GBW01432兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.321%和0.396%，符合化學(xué)分析方法的一般要求，說明該試驗(yàn)擬合的整套分析方法對(duì)于硅鐵中鐵元素檢測具有很好的應(yīng)用潛力。

3 結(jié)語

通過上述系列研究結(jié)果表明：準(zhǔn)確稱量0.1000g硅鐵樣品于200mL聚四氟乙烯燒杯中，加入硝酸、氫氟酸溶解，加高氯酸冒煙，補(bǔ)加鹽酸溶解鹽類，采用Fe的259.940nm分析譜線，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀能準(zhǔn)確、快速地進(jìn)行硅鐵中Fe含量的測定。同時(shí)該方法還具有操作簡易、線性范圍寬、準(zhǔn)確度高、便于檢驗(yàn)員操作的優(yōu)點(diǎn)。