生金峰，吳學(xué)綱，王兆堃，馬秀清，王康帥，劉天慶，李 悅，宋雙官

（1.機(jī)械工業(yè)上海藍(lán)亞石化設(shè)備檢測所有限公司，上海 201518；2.甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730070）

在石油化工行業(yè)，材料組成分析與設(shè)備的生 產(chǎn)、制造以及失效分析等過程密切相關(guān)[1-3]。鉻鉬合金主要組成元素為碳、鐵、鉻、鉬，此外還含有其他多種添加元素。鉻鉬合金的實(shí)驗(yàn)室元素組成分析操作涉及的元素多，而且通常一種元素對(duì)應(yīng)一種分析測定方法，完成一個(gè)樣品的分析需要的分析方法少則幾個(gè)，多則十幾個(gè)，測定過程需要藥劑種類、數(shù)量多，操作流程長，非常耗時(shí)、耗力[4-17]。針對(duì)此情況，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）儀進(jìn)行了測定方法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究，形成了一種可同時(shí)測定10種元素的快速分析方法。文中介紹了實(shí)驗(yàn)室操作時(shí)藥品的準(zhǔn)備、溶液的配制、儀器的設(shè)置和調(diào)試中的要點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和評(píng)價(jià)了方法的可靠性。

1 ICP-AES分析法實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑均為分析純，所用標(biāo)準(zhǔn)溶液均為帶有證書的標(biāo)準(zhǔn)溶液。 P、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、As標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度均為 1 000 mg/L，Si、Sn、Sb標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度均為500 mg/L。實(shí)驗(yàn)用水為超純?nèi)ルx子水。實(shí)驗(yàn)儀器包括全譜等離子體發(fā)射光譜儀（ICPE-9000型）和分析天平（精度為0.1 mg）。

1.2 溶液制備

準(zhǔn)確移取 1 mL釔（Y）標(biāo)準(zhǔn)溶液（質(zhì)量濃度為100 mg/L）于100 mL容量瓶中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%硝酸溶液定容，制成質(zhì)量濃度1 mg/L的Y標(biāo)準(zhǔn)溶液。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%硝酸溶液浸泡玻璃器皿（包括儀器進(jìn)樣系統(tǒng)）24 h后，再用去離子水沖洗干凈，備用。

1.3 測試方法

準(zhǔn)確稱取6份0.5 g高純鐵 （鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99.99%）于100 mL鋼鐵量瓶中，加入5 mL鹽酸、10 mL去離子水和5 mL硝酸。低溫加熱使試樣完全溶解。如果溶液未完全溶解，則進(jìn)一步進(jìn)行0.45 μm微孔過濾膜抽濾處理。試樣冷卻至室溫后，按照不同比例濃度分別加入 P、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、As、Sb和 Sn元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液以及 Y元素標(biāo)準(zhǔn)溶液做內(nèi)標(biāo) （分析線371.070 nm），以水定容，待測。

1.4 操作要點(diǎn)

將全譜等離子體發(fā)射光譜儀的等離子氣體積流量設(shè)定為14 L/min，輔助器體積流量設(shè)定為1.2 L/min。采用標(biāo)準(zhǔn)溶液法測定工作曲線，測試中要根據(jù)元素的穩(wěn)定性、含量等因素，確認(rèn)縱向觀測方式或軸向觀測方式，各元素譜線和觀察方式見表1。譜線要選擇干擾少且靈敏度能夠滿足測定要求的譜線。

表1 ICP-AES分析法元素譜線及觀測方式

ICP-AES方法中高頻功率、載氣體積流量是分析要素，尤其是載氣體積流量，對(duì)分析物在ICP通道內(nèi)的停留時(shí)間及稀釋作用有著關(guān)鍵影響。通過測試最終確定高頻功率1.35 kW、載氣體積流量0.7 L/min為最佳條件。

2 ICP-AES方法測試結(jié)果與討論

2.1 元素測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

ICP-AES法得到的各元素測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線見圖1～圖10。圖中縱坐標(biāo)表示被測元素與內(nèi)標(biāo)元素的譜線強(qiáng)度比值。

圖1 P元素測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

圖2 Si元素測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

圖3 Mn元素測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

圖4 Cr元素測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

圖5 Ni元素測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

圖6 Mo元素測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

圖7 Cu元素測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

圖8 As元素測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

圖9 Sb元素測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

圖10 Sn元素測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

由圖 1～圖 10 可確定 P、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、As、Sb、Sn 這 10 種元素的線性相關(guān)系數(shù) r，結(jié)果依 為 0.999 4、0.999 5、0.999 9、0.999 9、0.999 4、0.999 6、0.999 9、0.999 5、0.999 9、0.999 8，可見這10種元素的測定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性關(guān)系良好。

2.2 過程影響因素

2.2.1 溶樣

ICP-AES測試分析時(shí)，溶解試樣用酸首選輕質(zhì)混合酸?；旌纤嵬ǔＳ孟跛岷望}酸制備，其中硝酸是消解反應(yīng)物，鹽酸為反應(yīng)介質(zhì)。只采用鹽酸溶解試樣，易造成待測元素?fù)p耗。硝酸與鹽酸的體積比是影響儀器測試信號(hào)穩(wěn)定性的重要因素。進(jìn)行了樣品溶解和混合酸體積比優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，確定的儀器測試信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定條件下水、硝酸、鹽酸的適宜體積比為2∶1∶1，完全溶解0.5 g試樣需要的混合酸用量為20 mL。

2.2.2 測定

多元素同時(shí)測定的難點(diǎn)是干擾的消除。進(jìn)行了樣品的干擾消除實(shí)驗(yàn)，確定采用基體匹配方法消除基體元素Fe對(duì)樣品中部分待測元素存在的干擾，采用內(nèi)標(biāo)法和儀器的背景扣除功能消除鉻鉬鋼中其他非測試干擾元素及元素間的干擾。

2.3 方法檢出限

在確定測試條件下，連續(xù)進(jìn)行10次高純鐵空白溶液測試操作，采用3倍空白溶液中各元素濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差來計(jì)算方法檢出限，見表2。

表2 方法檢出限

2.4 方法準(zhǔn)確度和精密度

用 Fe 的酸溶液和 P、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、As、Sb、Sn等的標(biāo)準(zhǔn)溶液制成 26Cr2Ni4MoV標(biāo)準(zhǔn)樣品（樣品 1）和 35CrMoV標(biāo)準(zhǔn)樣品（樣品 2），測定樣品1和樣品2中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?；趯?shí)驗(yàn)得到的10種元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定值與已知的標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算測定方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD，結(jié)果見表3和表4。由表3、表4看出，測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致，RSD小于3.0%,測定結(jié)果的精度和準(zhǔn)確度均較高。

表3 樣品1元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定實(shí)驗(yàn)RSD

表4 樣品2元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定實(shí)驗(yàn)RSD

3 結(jié)語

以 Fe 為基體元素， 以 P、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、As、Sb和Sn為添加元素，以在實(shí)驗(yàn)室中配制高純鐵的酸溶液，在高純鐵的酸溶液中添加P、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、As、Sb 和 Sn 的標(biāo)準(zhǔn)溶液的方式配制了2種鉻鉬合金實(shí)驗(yàn)溶液，制定了應(yīng)用ICP-AES儀測定實(shí)驗(yàn)溶液中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制定的實(shí)驗(yàn)方法可行，具有簡便、快速及試劑用量少等特點(diǎn)，可滿足實(shí)驗(yàn)室日常樣品快速檢測需求。