ICP—AES法测定超高强度钢中杂质元素

　　超高强度钢23Co14Ni12Cr3MoER具有良好抗拉强度，断裂韧性，焊接性能等性能，因而具有良好应用前景。钢中严格控制Si，Mn，A1，Ti等杂质可使其达到的综合性能。因此准确分析*度钢中杂质元素含量，对于合金的研制和应用有重要意义。
　　
　　目前有关钢中杂质元素分析已有一些报道，但无23Co14Ni12Cr3MoE中六元素同时分析的报道。本研究对该钢中六元素的分析方法进行了较为系统的研究。研究结果表明：试样经王水溶解后，按选定的仪器工作条件进行ICP测量，分析结果令人满意。
　　
　　l实验
　　
　　1．1实验仪器及其工作条件
　　
　　电感耦合等离子体原子发射光谱仪
　　
　　高频频率40．68MHz；入射功率1.0kW；反射功率<15W；入射狭缝20μm；出射狭缝80μm；护套气流量0．2L／min；冷却气流量15L／min；样品提升量1．2mL／min；积分时间2s；
　　
　　分析波长：Mn293．306nm，Si288．158nm，Al309．284nm，Ti337．280nm，Nb316．340nm，La408．672nm。
　　
　　1．2主要试剂及标准溶液的配制
　　
　　各元素标准溶液储备液均用其光谱纯的氧化物或纯度大于99．95（质量分数）的金属配制，准确称量，经酸溶解后配制成浓度为1.OOmg／mL的标准溶液。
　　
　　实验用试剂均为优级纯，水为二次蒸馏水。
　　
　　1．3实验方法
　　
　　1．3．1样品的制备
　　
　　准确称取0．2000g样品于lOOmL烧杯中，加入王水5mL，在电炉上低温加热溶解，稍冷，转入50mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。
　　
　　1．3．2工作曲线的配制
　　
　　根据试料中六种杂质元素的含量范围，加入适量的六种杂质的标准溶液，称取适量的铁，按样品制备过程1．3．1同步处理，作为工作曲线的高标和低标溶液。也可以按样品制备过程1．3．1同步处理一含铁的空白溶液作为低标溶液。
　　
　　1．3．3测量
　　
　　在1．1的仪器工作条件下，根据测试溶液的分析元素含量范围，按照1：3．2的方法配制工作曲线用ICP-AES仪测量六种杂质的浓度或强度，进行分析方法的研究。
　　
　　2实验结果与讨论
　　
　　2．1基体对分析元素及分析元素间的光谱干扰情况
　　
　　根据超高强度钢中共存元素及其含量范围，配制一定浓度的共存元素单一标准溶液，基体元素标准溶液28mg／mL、单一分析元素标准溶液0.2μg／mL和8μg／mLMn（Mnl，Mn2），0．2μg／mL和8μg／mLSi（Sil，Si2），0．08μg／mL和4μg／mLTi（Til，Ti2），0．08μg／mL和4μg／mLA1（All，A12），0．08μg／mL和4μg／mLLa（Lal，La2），0．08μg／mL和4μg／mLTa（Tal，Ta2），0．08μg／mL和4μg／mLNb（Nbl，Nb2），0．6mg／mLCo，0．16mg／mLCr，0.08mg／mLMo，0．52mg／mLNi及16μg／mLY（Y），空白溶液10％盐酸
　　
　　（SOH），10%硝酸（SON），10％王水（SO），在Si，Nb，Al，Mn，Ti，La及Y处进行谱线扫描，得到波长范围为0．1842nm的谱图，对谱图进行叠加放大处理，根据对谱图的研究，得出钢中基体元素铁以及共存元素，分析元素间的光谱干扰情况。
　　
　　扫描结果表明：（1）Si：五条分析线中212．412，288．158nm两条线较好，另外三条线处Fe对Si均存在不同程度的背景干扰，在250．412，252．851nm处存在Co元素的峰干扰和铁的背景干扰。（2）Nb：在269．706nm处存在基体Fe峰干扰，Co重叠峰干扰在309．418nm处Ni有较弱的峰干扰存在。在313．079nm处0．08μg／mLTi对Nb的测定无影响4μg／mLTi已经存在较严重的峰干扰，因此当试样中钛含量达到一定程度时应改为其它分析线。在
　　
　　Nb322．548nm处Fe、Cr存在峰干扰。316．340nm是分析线，不存在任何干扰。（3）A1：在237．312nm处Fe，Co，Cr，Mo，Ni存在背景干扰，同时Co，Fe存在峰干扰；在237．335nm处Co，Fe存在背景，峰干扰；在396．152nm处Mo存在重叠峰干扰；相对而言309．284，309．271nm无干扰是*分析线。（4）Mn：在257．610nm处基体铁有背景干扰；在259.373
　　
　　294．920，260．569nm处基体铁有背景，干扰峰存在；在259．373nm处Mo对Mn的测定干扰严重；在260．569nm处Co对Mn的测定干扰也不可忽视；293．306nm无干扰。（5）Ti：Ni在323．452nm处有干扰峰存在，干扰较弱，对0．08μg／mLTi的测定基本无影响；Mo在334．904nm处有干扰峰存在，对低含量Ti的测定需考虑影响；Cr，Mo在334．941nm处有干扰峰存在，干扰较弱；Mo，Ni在336．121nm处有重叠峰，干扰峰存在，干扰不可忽视；Ni，Mo在337．280nm处有弱重叠峰，干扰峰存在但影响可忽视。（6）La：333．749，339．852，408．672，412．323nm不受任何干扰；基体铁在379．478nm右处存在尾翼干扰。
　　
　　2．2工作曲线线性实验
　　
　　根据钢中各元素的含量范围，合成系列标准溶液。在确定的仪器工作条件下，建立工作曲线，并测量线性系数，实验结果表明，待测六元素在工作曲线线性范围内的线性良好。各元素在工作曲线标准溶液系列中的百分含量和工作曲线的线性系数见表1。
　　
　　2．3方法检出限
　　
　　在确定的条件下，用表1中标准4和标准1作为高标溶液和低标溶液建立工作曲线，对含有铁基体溶液（标准0）进行了10次测定，计算出了各元素的方法检出限[4]。
　　
　　根据检出限定义为：检出限=3×бb／S
　　
　　其中：бb为空白信号强度值得标准偏差；S为标准曲线斜率。结果见表1。
　　
　　表1工作曲线中分析元素的含量，线性系数及方法检出限
　　　　本方法使用有基体匹配的工作曲线对待测元素进行测定。在ICP-AES分析方法中可使用标准加入法，标准加入法原理如下：取几份等量的试样，其中一份不加分析元素的溶液，从第二份开始加入成比例的已知浓度的分析元素溶液，绘制光谱强度对加入量的校准曲线，该曲线反向外延与浓度坐标相交，原点与交点的距离即为所测试样中分析元素的含量。该标准加入法可以有效地消除基体和共存元素对测定的干扰，但使用的前提条件是需要进行背景扣除。本研究所选的谱线均无背景干扰，因此可以用标准加入法进行测定。按所确定的仪器工作参数用标准加入法、工作曲线法分别进行6次测定考察方法精密度和准确度，并与标样推荐值对照，结果见表2，3。
　　　　由表2，3的分析结果可以看出，用本方法与标准加入法的数据基本一致，因此用本方法测定超高强度钢中六种杂质元素，数据准确精密度结果令人满意。
　　
　　3结论
　　
　　（1）经过准确度和精密度实验证明，本方法快速、准确、可靠。在分析中，可以选用Mn293．306，Si288．158，A1309．284，Ti337．280，Nb316．340，La408．672nm为分析线。
　　
　　（2）标准物质和试样的测试结果RSD为0.61～5.8%。满足日常超高强度钢中六种杂质元素的分析要求。