陳美娜 羅仕蓮 黃中越 程石 李彩華
(廣東省冶金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心,廣州510640)
鐵鎳高導磁合金是在電源技術(shù)中應(yīng)用廣泛的軟磁合金材料。它具有高的初始磁導率和最大磁導率,并且損耗低,性能穩(wěn)定,在極低溫度下也能保持較高的初始磁導率。常見的鐵鎳合金由鎳(30%~88%)、鐵和添加少量的鉬、銅、鎢等元素組成[1],主要根據(jù)鎳的含量進行分類。因此準確測定合金中的鎳含量對鐵鎳合金材料的判別和質(zhì)量控制十分重要。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法具有動態(tài)線性范圍寬、精密度好、干擾水平低等優(yōu)點,是目前冶金行業(yè)中廣泛使用的分析方法[2]。近幾年用ICP-AES法測定鎳礦中的鎳含量已被廣泛報道[3],也有用次靈敏線原子吸收光譜法測定合金中鎳的報道[4]。而采用丁二酮肟分光光度法和重量法[5-6]對鎳的分析,方法操作過程繁瑣,分析周期長,工作效率較低,難以滿足現(xiàn)代冶金分析和材料研究的需要。使用ICP-AES法測定鐵鎳合金中的鎳含量,建立了快速準確的分析方法,滿足生產(chǎn)應(yīng)用的需求。
SPECTRO CIROS VISION全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀。
硝酸、硫酸、鹽酸均為優(yōu)級純,實驗用水為二次去離子水。
釔標準儲備溶液(1.00mg/mL):稱取1.2699g三氧化二釔(質(zhì)量分數(shù)大于99.9%,先于1000℃灼燒1h,置于干燥器中冷卻至室溫),置于250mL燒杯中,加入50mL鹽酸(1+1),加熱溶解,冷卻至室溫,移入1000mL容量瓶中,用水稀釋至刻度,搖勻。
釔標準溶液(50.00μg/mL):移取50mL釔標準儲備溶液(1.00mg/mL)移入1000mL容量瓶中,用水稀釋至刻度,搖勻。
鎳標準儲備溶液(1000μg/mL),由國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院提供。
高頻功率27.12MHz,輸出功率1400W,冷卻氣流量12.0L/min,輔助氣流量1.0L/min,載氣流量1.0L/min,霧化器壓力0.8MPa,蠕動泵轉(zhuǎn)速2L/min,積分時間24s。
2.3.1 試樣的制備與測定
稱取0.1000g試樣置于150mL燒杯中,加入20mL硝酸(1+4),低溫加熱溶解完全,冷卻至室溫后加入10mL釔內(nèi)標溶液(50.00μg/mL),移入200mL容量瓶中,定容至刻度線,搖勻待測。
2.3.2 工作曲線的繪制
在配制工作曲線時應(yīng)保證標準系列溶液和待測溶液的基體匹配,有效地消除基體效應(yīng)。故按照表1,選取5個標準樣品按實驗方法操作,建立工作曲線,其回歸方程為:Y=-1.1897 X+8.3083,相關(guān)系數(shù)r=0.99983,曲線的相關(guān)性良好。
表1 標準樣品Table 1 Standard samples
在載氣壓力為0.8MPa,流速為1.0L/min條件下,實驗了輸出功率為1200,1300,1400,1500W時,待測譜線的強度、背景強度、強度濃度比等。結(jié)果表明功率增加,譜線強度增加,背景強度和強度濃度比增強,但信背比下降。而較高的高頻功率有利于降低基體效應(yīng),即可忽略化學干擾。綜合考慮,選擇1400W為高頻功率,
分析線的選擇直接影響測定的靈敏度和精密度。ICP-AES有較多的原子和離子譜線,當樣品中存在高濃度的元素時,存在較多的譜線重疊干擾。因此在選擇譜線時,避免使用靈敏度高的譜線,而選用強度適宜的次靈敏線[7]。通過考察譜線的背景干擾、穩(wěn)定程度等因素的影響,確定Ni的分析線為221.647nm。
實驗采用硝酸(1+4)、鹽酸(1+1)、稀王水、硫酸(1+4)等4種不同酸溶解樣品。結(jié)果表明,用鹽酸(1+1)、稀王水、硫酸(1+4)溶解試樣,樣品均溶解速度慢且不能完全溶解。而采用硝酸(1+4)溶解試樣,樣品能完全溶解,有利于獲得穩(wěn)定的結(jié)果。
在待測溶液中加入不同量的HNO3,考察酸度在上述工作條件下對分析結(jié)果的影響。實驗結(jié)果表明,鎳的譜線強度隨HNO3濃度的增大變化不大。為了盡可能降低酸基體效應(yīng),在試樣溶液中使用的酸量應(yīng)盡量少[9]。實驗選擇使用 HNO3濃度為0.9mol/L。
在測定高含量的主體元素Ni時,由于溶液稀釋量和黏度差異引起霧化效率的變化、儀器分析信號瞬間波動等各種因素引起的譜線強度不穩(wěn)定,對檢測結(jié)果有顯著影響,因此采用內(nèi)標法校正。加入內(nèi)標元素后,被測元素與內(nèi)標元素的信號變化是同步的,因此它們的比值基本不變,有利于提高測定的準確度。
在選定的工作條件下,選取標準樣品7031分別測定6次,結(jié)果見表2。測得相對標準偏差RSD為0.67%,表明該方法測定重復(fù)性好,精密度高。
表2 精密度試驗Table 2 Precision tests(n=6) /%
在上述試樣中分別加入不同量的鎳標準溶液,按實驗分析方法操作,測定方法的回收率,加標回收率實驗結(jié)果如表3所示。實驗結(jié)果表明,方法的回收率在99.8%~100.1%之間,滿足分析測試要求,是準確可靠的。
表3 回收率實驗Table 3 Recovery tests(n=6) /%
用上述ICP-AES法和分光光度法分別對2個試樣進行測定,分析結(jié)果見表4。
表4 樣品分析結(jié)果Table 4 Analytical results of the samples /%
研究結(jié)果表明,采用內(nèi)標法的ICP-AES法與傳統(tǒng)的化學方法分析結(jié)果一致,但ICP-AES法更加簡單、快速,并且準確性高、精密度好,能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中快速測定高鎳含量的需求。
[1]徐澤瑋.電源技術(shù)中應(yīng)用的軟磁材料發(fā)展回顧和分析(一)[J].金屬功能材料,2001,8(5):1-7.
[2]阮桂色.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)技術(shù)的應(yīng)用進展[J].中國無機分析化學,2011,1(4):15-18.
[3]何飛頂,李華昌,馮先進.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)法測定紅土鎳礦中的 C d,Co,Cu,Mg,Mn,Ni,Pb,Zn,Ca 9種元素[J].中國無機分析化學,2011,1(2):39-41.
[4]李佗,楊軍紅.次靈敏線火焰原子吸收光譜法測定鎳鎂合金中鎂[J].中國無機分析化學,2012,2(1):67-69.
[5]王永利.過硫酸銨-丁二酮肟示差分光光度法測定鎳鐵中的鎳[J].東北林業(yè)大學學報,2009,29(4):82-83.
[6]國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 223.25—1994鋼鐵及合金化學分析方法 丁 二酮肟重量法測定鎳量[S].北京:中國標準出版社,1994.
[7]羅仕蓮,程石,黃中越.ICP-AES法測定高錳不銹鋼的主量和次量元素[C].SPECTRO光譜分析論文集,2007,8:86-90.
[8]溫笑蕾.丁二酮肟光度法替代重量法測定鎳含量[J].化學工程師,2004,7(106):33-34.
[9]辛仁軒.等離子體發(fā)射光譜分析[M].北京:化學工業(yè)出版社,2011:130-177.