張杰，郝靜，王慧清，葛衍玲

(內蒙古第一機械集團有限公司計量檢測中心，內蒙古包頭 014030)

微波消解 -ICP-AES 法測定裝甲材料中的鈮含量

張杰，郝靜，王慧清，葛衍玲

(內蒙古第一機械集團有限公司計量檢測中心，內蒙古包頭 014030)

建立 ICP-AES 法測定裝甲材料中鈮含量的的方法。采用鹽酸 - 硝酸 - 氫氟酸微波消解樣品，檢測器為CID 固態(tài)檢測器，檢測波長為 309.417 nm。在選定的測定條件下，標準工作曲線線性范圍為 0.005%～1.0%，線性相關系數為 0.9997，檢出限為 0.00068%，測定結果的相對標準偏差不大于 3%(n=10)，加標回收率為 96.0%～98.7%。該方法操作簡單，測定結果準確可靠，可用于裝甲材料中鈮含量的測定。

微波消解；ICP-AES ；裝甲材料

鈮對提高鋼的強度和抗腐蝕性，改善鋼的焊接性能具有重要的作用。因此在某新型裝甲材料中加入了一定含量的鈮，以改善其性能，在其研制及工藝定型試驗中需要準確分析其中的鈮含量。

鈮不溶于硝酸、鹽酸及硫酸中，但在氫氟酸、酒石酸鹽等存在條件下能形成可溶性絡合物［1］。鈮的化學分析方法［1-4］操作繁瑣，所用試劑多，干擾嚴重，特別是鉬含量高時，會使鈮的顯色不完全，需用堿進行分離。國標 GB／T 20125-2006 沒有釆用ICP-AES 法測定鈮含量［5］。有報道 ICP-AES 法測定鈮的含量［6-9］均為用于普碳鋼和低合金鋼中的鈮，其溶樣用氫氟酸，不僅給樣品帶來污染，還必須用酒石酸或草酸絡合鈮，而酒石酸和草酸對鈮發(fā)光強度影響很大，干擾鈮的測定。

微波消解用酸量少，溫度和壓力高，溶樣速度快，不污染樣品。筆者用鹽酸 -硝酸-氫氟酸微波消解試樣，將試樣溶液轉移到塑料三角瓶中，在耐氫氟酸霧化器上，用 ICP-AES 法測定鈮的含量，主要解決了化學法中某些元素干擾和現有 ICP-AES 法樣品污染及加入絡合劑的干擾問題。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀：iCAP6300型，美國熱電公司；

微 波 消解 儀：ETHOS1 型，意 大 利 Mileston 公司；

鹽酸：37% ；

硝酸：65% ；

氫氟酸：40% ；

鈮標準溶液：100.0 μg／mL，國家有色金屬及電子材料分析中心。

1.2 光譜儀工作條件

功 率：1150 W ；載 氣 流 量：0.7 L／min ；輔 助氣 流 量：1.0 L／min ；泵 速：50 r／min ；檢 測 波 長：309.417 nm ；檢測器：CID 固態(tài)檢測器。

1.3 微波消解儀工作條件

功 率：1200 W ；180 ℃ 設 定 8 min，220 ℃ 設 定10 min，160℃設定 10 min。

1.4 樣品處理

準確稱取 0.1000 g( 精確到 0.0001 g) 試樣于微波消解罐中，加 3 mL 王水 (1+2)、0.5 mL 氫氟酸，在微波消解儀上消解試樣，將試樣轉移至 100 mL 塑料容量瓶中，用水稀釋至標線，搖勻。在選定的工作條件進行測定。

2 結果與討論

2.1 霧化器、泵速和載氣流量

溶樣時用到氫氟酸，氫氟酸的作用是使鈮形成可溶性絡合物，釆用耐氫氟酸的霧化器直接進行測定，不用再加入酒石酸鹽和硼酸等絡合劑，避免了這些絡合劑對鈮發(fā)射強度的影響。

載氣流量影響霧化效率，釆用較低的霧化壓力及合適的泵速，使 ICP 接近局部熱力學平衡狀態(tài)時，可以增加氣溶膠通過火焰中心通道的時間，提高譜線的靈敏度。蠕動泵速影響溶液的提升量和霧化效率，蠕動泵速度快，能增大試樣在等離子炬中的濃度，提高發(fā)射強度，同時高進樣量對等離子炬有冷卻作用，降低發(fā)射背景。但高進樣量會使霧化器的霧化效果變差，使背景噪音增加。試驗確定選擇載氣流量為 0.7 L／min，蠕動泵速為 50 r／min。在此條件下，既保證了測定譜線的靈敏度和霧化效果，又使背景保持在一個較低的水平，確保方法的檢出限滿足測定要求。

2.2 檢測波長

光譜干擾主要是譜線重疊和背景干擾。為觀察光譜干擾情況，用鈮 10.0 μg／mL 及一定含量的Mn，Cr，Mo 等相應的單元素標準溶液的混合標準溶液，在高純鐵基中對不同鈮的譜線進行掃描測定，在 Subarray 圖上觀察各譜線及背景的強度、干擾情況，選擇沒有干擾、信背比高的譜線作為分析線。實驗選定分析波長為 309.417 nm( 級次 109)。對于背景干擾，用儀器 iTEVA 軟件改變背景校正點的位置和譜線寬度來對背景進行扣除，從 Subarray 圖上確定左背景為 189.00，右背景為 187.30，積分區(qū)域中心寬度為2。

2.3 基體干擾

試樣中鐵是基體元素，基體干擾釆用基體匹配的方法消除。分析實際樣品時，一般用不同鈮含量的標準樣品繪制工作曲線來達到基體匹配的目的。在本實驗過程中，用系列標準混合溶液加入高純鐵作為基體來繪制工作曲線，消除基體干擾。試驗表明，兩種方法繪制工作曲線的測定結果一致。

2.4 微波消解酸及用量

用王水 (1+2)和氫氟酸消解試樣，氫氟酸用量約 0.5 mL 即可，王水用量與試樣組成及稱樣量有關。稱取 0.1000 g 試樣，在微波消解儀設定的工作條件下，逐漸增加王水用量。試驗表明，王水用量少于 3 mL，試樣溶解不完全；加入 3～6 mL 王水和 0.5 mL 氫氟酸時，試樣溶解清亮。因此選擇用 3 mL 王水和 0.5 mL 氫氟酸溶解試樣。

2.5 線性相關系數、方法檢出限

將系列標準溶液引入光譜儀進行測定，計算機自動以溶液濃度對強度繪制工作曲線。線性范圍為 0.005%～1.0%，相關系數 0.9997，方法檢出限為0.00068%，檢出限及線性范圍完全能滿足裝甲材料中鈮含量的測定。

方法檢出限的計算：對曲線的最低含量點0.005% 平行測定 7 次，按式 (1)計算方法的檢出限：

式中：MDL——方法的檢出限，%

n——樣品的平行測定次數；

t——自由度為 n-1，置信度為 99% 時的 t分布，當 n 為 7 時，t=3.143 ；

s——n 次平行測定的標準偏差，%。

2.6 精密度試驗

選取 3個不同鈮含量的標準樣品，按實驗方法對每個標準樣品平行測定 10 次，結果見表2。

表2 精密度試驗結果 %

由表2可知，測定結果的相對標準偏差在0.89%～2.54%之間，說明該方法具有良好的精密度。

2.7 準確度試驗

選取了3個不同鈮含量的標準樣品進行加標回收試驗，每個樣品平行測定3次，結果見表3。由表3 可知，加標回收率在 96.0%～98.7% 之間，說明方法具有較高的準確度。

表3 回收試驗結果 %

3 結語

建立了用微波消解溶解試樣、ICP-AES 法測定某新型裝甲材料中鈮含量的方法。優(yōu)化了測試條件，用基體匹配法消除了鐵基干擾。該方法簡單、準確，精密度好，滿足某新型裝甲材料中鈮含量的測定要求，為某新型裝甲材料的成分及工藝定型試驗提供了準確的分析數據。對于含合金元素種類多且含量異常的特殊鋼中鈮的測定具有一定的借鑒作用。

［1］ 重機行業(yè)《金屬材料化學分析方法》編寫組 .金屬材料化學分析方法［M］.四川德陽：中國重型機械大型鍛鑄件行業(yè)協會，1992: 121-123.

［2］ 楊道興 .丹寧沉淀 - 氯代磺酚 S 光度法測定鋼中鈮含量［J］.冶金分析，2004，24(增刊 ): 293-296.

［3］ GB／T 223.40-2007 鋼鐵及合金鈮含量的測定氯代磺酚 S 分光光度法［S］.

［4］ 許豐，譚思思 .高鉬低鈮鋼中鈮的測定［J］.冶金分析，2004，24(增刊 ): 279-281.

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

［6］ 丁美英，任新建，王宴秋 . ICP-AES 法測定稀土鋼中鈮量［J］.稀土，2008，29(1): 92-94.

［7］ 張光，高霞 . ICP-AES 法同時測定低合金鋼鋯和鈮［J］.冶金分析，2004，24(1): 44-47.

［8］ 牛淑霞 .電感耦合等離子體發(fā)射光譜法對低合金鋼中鈮的測定［J］.特鋼技術，2009，15(59): 39-41.

Determination of Niobium Content in a New Type Armor Materials by Microwave Digestion-ICP-AES

Zhang Jie, Hao Jing, Wang Huiqing, Ge Yanling
(Measurement Test Center of Inner Mongolia First Machinery Group Co. Ltd.， Baotou 014030, China)

A method was developed for the determination of niobium content in armor materials by ICP-AES. Sample was digested with hydrochloric acid-nitric acid-hydro fl uoric acid by microwave，the detector was CID solid-state detector with the detection wavelength of 309.417 nm. Under the selected conditions of determination, the linear range of curve was 0.005%-1.0%, the linear correlation coef fi cient was 0.9997. The detection limit was 0.00068%. The relative standard deviation of determination results was not more than 3%(n=10), and the standard addition recovery rate was 96.0%-98.7%. The method is simple in operation and measurement results are accurate and reliable. It can be used for the determination of niobium content in the armor materials.

microwave digestion; ICP-AES; armor material

O657.3

A

1008-6145(2014)05-0058-03

聯系人：張杰；E-mail: zhangjie472@sina.com

2014-08-15

10.3969／j.issn.1008-6145.2014.05.020