任慧

［中國(guó)航天工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院，中航（試金石）檢測(cè)科技有限公司，北京 100095］

ICP-AES法測(cè)定鋼中的鈰

任慧

［中國(guó)航天工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院，中航（試金石）檢測(cè)科技有限公司，北京 100095］

建立了離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定鋼中鈰元素的方法。為消除共存元素對(duì)鈰分析譜線(xiàn)的光譜干擾，選擇Ce 413.380 nm作為分析線(xiàn)，鈰含量在0.005%～0.50%之間工作曲線(xiàn)線(xiàn)性良好。對(duì)于含量范圍在0.005%～0.10%的鈰元素，回收率為85.6%～112.5%，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于9.74%（n=8)；對(duì)于含量范圍在0.10%～0.50%的鈰元素，回收率為99.5%～103.0%，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3.52%（n=8)。該方法適宜鋼中含量范圍在0.005%～0.50%的鈰元素的測(cè)定。

ICP-AES；鋼；鈰

稀土元素鈰對(duì)鋼的性能有重要的影響。鋼中添加鈰能脫硫、脫氧，還可改變鋼中夾雜物的形態(tài)與分布，使鋼中氣體及非金屬夾雜物含量顯著降低，細(xì)化晶粒，降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，提高鋼的韌性，特別是軋后鋼材橫向和厚度方向的韌性提高更為顯著。鈰的傳統(tǒng)分析方法為分光光度法［1］，此法操作繁瑣，分析周期冗長(zhǎng)，要使用有毒有機(jī)試劑進(jìn)行萃取操作，分析結(jié)果的準(zhǔn)確度得不到有效保證，尤其是測(cè)定鉻、鎳含量很高的鋼中的鈰，有一定的局限性。在國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，均沒(méi)有ICP-AES 法測(cè)定鋼中鈰元素的分析方法［2-5］。

筆者采用ICP-AES 法測(cè)定鋼中鈰元素的含量，測(cè)量結(jié)果滿(mǎn)足分析要求，方法簡(jiǎn)便快捷，準(zhǔn)確可靠。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

ICP發(fā)射光譜儀：JY ACTIVA型，法國(guó)Horiba jobinyvon公司；

氧化鈰：質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于99.95%，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；

鹽酸：ρ≈1.19 g／mL；

硝酸：ρ≈1.42 g／mL；

檸檬酸：優(yōu)級(jí)純；

鈰標(biāo)準(zhǔn)溶液A：0.10 mg／mL，稱(chēng)取0.122 8 g預(yù)先烘烤（于110℃烘烤2 h）并在干燥器中冷卻至室溫的氧化鈰于150 mL燒杯中，加入10 mL硝酸、10 mL過(guò)氧化氫，低溫加熱至溶解完全，冷卻后移入1 000 mL容量瓶中，補(bǔ)加40 mL硝酸，用水稀釋至刻度，搖勻；

鈰標(biāo)準(zhǔn)溶液B：0.01 mg／mL，移取20.00 mL鈰標(biāo)準(zhǔn)溶液A于200 mL容量瓶中，加入10 mL硝酸，用水稀釋至刻度，搖勻；

鐵基體溶液：20.0 mg／mL，稱(chēng)取20.0 g純鐵（質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于99.99%）于500 mL燒杯中，加入20 mL鹽酸，低溫加熱至溶解完全，冷卻后移入1 000 mL容量瓶中，補(bǔ)加鹽酸80 mL，用水稀釋至刻度，搖勻；

實(shí)驗(yàn)所用其它試劑為優(yōu)級(jí)純或光譜純。

1.2 儀器工作條件

分析線(xiàn)：Ce 413.380 nm；高頻功率：40.68 MHz；入射功率：1 300 W；反射功率：小于10 W；冷卻氣流量：14 L／min；護(hù)套氣流量：0.2 L／min；檢測(cè)器：CCD；積分方式：5像素點(diǎn)mean方式；積分時(shí)間：2～5 s。

1.3 樣品制備

鋼材試樣的取樣和制備參照文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］。

當(dāng)樣品中鈰含量范圍在0.005%～0.10%時(shí)，稱(chēng)取樣品0.200 0 g于100 mL燒杯中，加入15 mL 鹽酸，5 mL硝酸，低溫加熱溶解，溶解完全后冷卻，加入2 g檸檬酸，加熱，溶解完全后冷卻，移入50 mL容量瓶，定容。

當(dāng)樣品中鈰含量范圍在0.10～0.50%時(shí)，稱(chēng)取樣品0.100 0 g，照上述方式處理，最后于100 mL容量瓶中定容。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

按照1.3制備樣品，用標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)法定量。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)的繪制

當(dāng)樣品中鈰含量范圍在0.005%～0.10%時(shí)，按1.3制備試劑空白溶液，移入50 mL塑料容量瓶中，分別加入適量鈰標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入適當(dāng)?shù)蔫F底液定容，使容量瓶中鈰和鐵的含量如表1所示。

表1 鈰標(biāo)準(zhǔn)工作溶液濃度（鈰含量0.005%～0.10%）

當(dāng)樣品中鈰含量范圍在0.10%～0.50%時(shí)，按1.3制備試劑空白溶液，移入100 mL塑料容量瓶中，分別加入適量鈰標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入適當(dāng)?shù)蔫F底液定容，使容量瓶中鈰的含量如表2所示。

表2 鈰標(biāo)準(zhǔn)工作溶液濃度（鈰含量0.10%～0.50%）

按儀器說(shuō)明書(shū)使儀器最優(yōu)化，待儀器穩(wěn)定后，在選定的儀器工作條件及分析線(xiàn)波長(zhǎng)下，采用制備的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，依次測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液中鈰的百分含量，以鈰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)，光譜強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析波長(zhǎng)的選擇

根據(jù)鋼中各牌號(hào)的化學(xué)成分，配制了包括試劑空白溶液、基體元素溶液、共存元素溶液、分析元素溶液在內(nèi)的各光譜干擾研究試驗(yàn)溶液，通過(guò)測(cè)量分析確定413.380 nm作為分析波長(zhǎng)。

2.2 溶樣酸的選擇

分別利用王水、硫酸和氫氟酸溶解樣品，測(cè)定樣品中鈰的含量，測(cè)定結(jié)果列于表3。經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，硫酸溶解方法測(cè)得的數(shù)據(jù)偏低，王水溶解方法和HF酸溶解方法的測(cè)量結(jié)果基本一致，因此選擇最簡(jiǎn)單的溶樣方法王水溶解法。

表3 不同溶樣方式鈰含量測(cè)定結(jié)果 %

2.3 稱(chēng)樣量的確定

在兩只100 mL容量瓶中分別加入0.1 mg／mL的鈰標(biāo)準(zhǔn)溶液0，5.00 mL，稀釋至刻度，搖勻，溶液中鈰元素的含量分別為0，5.0 μg／mL，兩份標(biāo)準(zhǔn)溶液分別記為S1-Ce、S2-Ce。

在100 mL容量瓶中加入10 mL 鹽酸和5 mL硝酸，稀釋至刻度，搖勻，記為HCl-15。

分別測(cè)量10次HCl-15溶液，得出檢出限為0.004 μg／mL。由計(jì)算出的儀器檢出限和本工作所研究的鈰元素的含量范圍可知，鈰元素的最低含量應(yīng)在鈰元素的儀器檢出限的10倍以上，因此可以確定當(dāng)樣品中鈰的含量在0.005%～0.10%時(shí)，稱(chēng)取樣品0.200 0 g，溶解后定容于50 mL容量瓶中進(jìn)行測(cè)量；當(dāng)樣品中鈰的含量在0.10%～0.50%時(shí)，稱(chēng)取樣品0.100 0 g，溶解后定容于100 mL容量瓶中進(jìn)行測(cè)量。

2.4 基體對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響

分別采取無(wú)基體標(biāo)準(zhǔn)溶液系列、匹配基體標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)量，樣品中鈰元素含量測(cè)定結(jié)果列于表4、表5。

由表4、表5可知，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鈰的測(cè)得值與標(biāo)準(zhǔn)值有一定的差異，整體偏高，樣品回收量比加入量整體偏低；用有基體的工作曲線(xiàn)測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值的差異較小。因此在對(duì)分析結(jié)果準(zhǔn)確度要求不是很高時(shí)，可以用無(wú)基體的工作曲線(xiàn)測(cè)量；而對(duì)分析結(jié)果準(zhǔn)確度要求較高時(shí)，應(yīng)考慮用有基體的工作曲線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量。

表4 鋼鐵樣品中鈰含量（0.005%～0.10%）測(cè)定結(jié)果 %

表5 鋼鐵樣品中鈰含量（0.10%～0.50%）測(cè)定結(jié)果 %

2.5 工作曲線(xiàn)

按照鋼中鈰的含量范圍，配制相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)溶液并進(jìn)行測(cè)量，擬合工作曲線(xiàn)，相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表6。

表6 合成溶液基體匹配工作曲線(xiàn)測(cè)定鈰的線(xiàn)性試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，含量范圍在0.005%～0.10%和0.10%～0.50%的鈰工作曲線(xiàn)線(xiàn)性關(guān)系均良好。

2.6 檢出限

用工作曲線(xiàn)法連續(xù)進(jìn)行10次鐵基空白溶液的測(cè)量，檢出限計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 鋼中鈰元素的檢出限 %

由表7可知，基體匹配工作曲線(xiàn)法測(cè)定鈰的方法檢出限為0.001 4%，可以滿(mǎn)足鋼中含量在0.005%～0.50%范圍的鈰元素的測(cè)量要求。

2.7 準(zhǔn)確度、精密度試驗(yàn)

按照實(shí)驗(yàn)方法處理8份樣品，分別測(cè)定樣品中鈰的含量，并進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 回收試驗(yàn)結(jié)果 %

由表8可知，用此方法測(cè)定鋼及鋼合成樣品中鈰元素的含量，測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差一般較小，加標(biāo)回收率為85.6%～112.5%，表明測(cè)量精密度和準(zhǔn)確度均較高。

3 結(jié)語(yǔ)

采用ICP-AES法測(cè)定鋼中的鈰，方法簡(jiǎn)便，測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定、可靠，靈敏度和準(zhǔn)確度較高，分析結(jié)果的誤差符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的檢驗(yàn)中。

［1］GB／T 223.72-1991 鋼鐵及合金化學(xué)分析方法［S］.

［2］GB／T 20125-2006 低合金鋼多元素含量的測(cè)定電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法［S］.

［3］GB／T 20127-2006 鋼鐵及合金痕量元素的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)方法［S］.

［4］ISO 13898-1997 鋼和鐵：鎳、銅和鈷含量的測(cè)定電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析法［S］.

［5］ISO 10278-1995 鋼：錳含量測(cè)定電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析法［S］.

Determination of Ce in Steel by ICP-AES

Ren Hui
（AVIC Beijing Institute of Aeronautical Materials， AVIC Testing Innovation Copperation， Beijing 100095， China）

The method for determining Ce in steel by ICP-AES was established. Ce 413.380 nm was selected as the analysis wavelength to eliminate the spectral interference of coexist elements in steel. The working curve had a good linear relationship with Ce content in the range of 0.005%-0.50%. The recoveries were 85.6%-112.5% , RSD was less than 9.74%(n=8) in the range of 0.005%-0.10% for Ce, and the recoveries were 99.5%-103.0% , RSD was less than 3.52%(n=8)in the range of 0.10%-0.50% for Ce. The method is suitable for determining Ce in steel with the content of 0.005%-0.50%.

ICP-AES; steel; Ce

O657.7

A

1008-6145（2012）04-0053-03

10.3969／j.issn.1008-6145.2012.04.016

聯(lián)系人：任慧；E-mail： renhui926@sohu.com

2012-05-18