高輝，鄧秀琴，賀小平

(遼寧石油化工大學(xué) 順華能源學(xué)院，遼寧 撫順 113001)

鎳基合金中的鐵多從原料中引入，其含量一般小于5%，少數(shù)鋼種則要求含鐵量小于1%。在合金中，鐵和鎳形成固溶體，存在少量鐵雖不引起重大組織變化，但使r1相不穩(wěn)定，如加大量鐵則會(huì)出現(xiàn)新相，抑制r1相析出。

對(duì)鎳基合金中鐵元素的分析，一般采用化學(xué)分析法、分光光度法、原子吸收光譜法、ICP-AES 法［1-2］等，而MPT-AES 法對(duì)合金中鐵元素的分析鮮有報(bào)道。微波等離子體炬是一種新型的激發(fā)光源，由于MPT 結(jié)合了ICP 和MIP 的優(yōu)點(diǎn)，使得MPT-AES 光譜儀的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)展［3-4］。

本實(shí)驗(yàn)利用MPT-AES 法對(duì)不同鋼種中的鐵元素進(jìn)行測定，方法快速、簡便、準(zhǔn)確，精密度良好，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

三氧化二鐵，光譜純;鹽酸、硝酸、硫酸均為分析純;鎳、鉻、鋁、鎢、鈦、鉬、猛、鈮、鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 mg/mL);亞沸蒸餾水;氬氣(體積分?jǐn)?shù)99.99%);氧氣(體積分?jǐn)?shù)99.9%)。

510 型微波等離子體炬光譜儀(MPT)。

1.2 鐵標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配制

稱取三氧化二鐵0.357 4 g 于50 mL 燒杯中，加入40 mL(1 +1)鹽酸，加熱使之溶解，冷卻后移入500 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，配成0.5 mg/mL鐵標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，實(shí)驗(yàn)中所用不同質(zhì)量濃度的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液均由標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋得到。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

稱取0.100 g 樣品于燒杯中，加入15 mL 王水，低溫加熱使試樣溶解，加入10 mL 硫酸(1 +1)，繼續(xù)加熱至硝酸趕盡，燒杯中出現(xiàn)SO2白煙，取下冷卻，用蒸餾水移至200 mL 容量瓶中，定容備用。

開啟MPT 光譜儀，預(yù)熱后點(diǎn)燃微波等離子體炬，打開MPT 光譜儀軟件，啟動(dòng)自動(dòng)泵進(jìn)行自動(dòng)進(jìn)樣。儀器工作條件如下:載氣流量1 430.2 mL/min，微波功率80 W，工作氣流量430.2 mL/min，氧屏蔽氣壓力0.1 MPa，采用基體匹配法，測定樣品中鐵元素在相應(yīng)波長下的發(fā)射強(qiáng)度，最后由計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序給出測定結(jié)果［4］。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作參數(shù)

2.1.1 鐵分析譜線用5.0 μg/mL 鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，在一定波長范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，得到鐵的發(fā)射光譜圖。選擇信背比高、背景低、干擾小的譜線259.9 nm 為鐵的分析譜線。

2.1.2 微波前向功率調(diào)整微波前向功率，對(duì)濃度為5 μg/mL 的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行發(fā)射強(qiáng)度測量，鐵的發(fā)射強(qiáng)度隨著微波前向功率的增加而增強(qiáng)，這是由于微波的能量增加導(dǎo)致了等離子體的激發(fā)溫度上升，提高了對(duì)樣品的離解能力及激發(fā)能力，因此發(fā)射強(qiáng)度增加［5］。但微波功率增大到一定程度時(shí)，等離子炬將不穩(wěn)定，當(dāng)微波功率大于80 W 時(shí)，同軸電纜發(fā)熱，反射功率增加，微波前向功率的大小對(duì)等離子體的形狀也有著明顯的影響。本實(shí)驗(yàn)確定80 W 為測定鐵的微波前向功率。

2.1.3 載氣流量調(diào)整載氣流量，測定不同流量下5 μg/mL 鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的發(fā)射強(qiáng)度，結(jié)果見圖1。

圖1 鐵發(fā)射強(qiáng)度隨載氣流量的變化關(guān)系Fig.1 The changing relation between iron emission intensity with carrier gas flow rate

由圖1 可知，隨載氣流量的增大，鐵的發(fā)射強(qiáng)度增加，當(dāng)載氣流量1 255 mL/min 時(shí)增加趨勢變得緩和，在1 430 mL/min 趨于穩(wěn)定，之后又有下降的趨勢。原因是載氣流量的大小對(duì)進(jìn)樣量、霧化效率及稀釋因子等起著重要作用，載氣流量過小，則霧化效果較差，樣品霧滴顆粒較大，等離子體能耗較高，信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度小。而載氣流量增加，有助于形成中央通道，樣品在中央的距離延長，表現(xiàn)為發(fā)射強(qiáng)度增大［6］。但若載氣流量過大，對(duì)等離子體會(huì)起到冷卻作用，不利于樣品激發(fā)，同時(shí)對(duì)樣品的稀釋作用也增大，樣品在等離子體中停留時(shí)間縮短，信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度減弱［4］。經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定1 430.2 mL/min 為測定鐵的載氣流量。

2.1.4 工作氣流量調(diào)整工作氣流量，測定不同流量下5 μg/mL 鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的發(fā)射強(qiáng)度，結(jié)果見圖2。

圖2 鐵發(fā)射強(qiáng)度隨工作氣流量的變化關(guān)系Fig.2 The changing relation between iron emission intensity with support gas flow rate

由圖2 可知，當(dāng)工作氣流量達(dá)到430.2 mL/min時(shí)，鐵發(fā)射強(qiáng)度達(dá)到頂峰，而后又表現(xiàn)出減小趨勢。本實(shí)驗(yàn)選430.2 mL/min 為測定鐵最適宜的工作氣流量。

2.1.5 氧屏蔽氣壓力調(diào)整氧屏蔽氣的壓力，測定不同壓力下5 μg/mL 鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的發(fā)射強(qiáng)度，結(jié)果見圖3。

圖3 鐵發(fā)射強(qiáng)度隨氧屏蔽氣壓力的變化關(guān)系Fig.3 The changing relation between iron emission intensity with oxygen shield gas pressure

由圖3 可知，起初氧屏蔽氣壓力對(duì)鐵的發(fā)射強(qiáng)度有降低的作用，隨著氧屏蔽氣壓力的增大，發(fā)射信號(hào)逐漸減小，直至0.10 MPa 時(shí)，信號(hào)趨于穩(wěn)定，再增加氧氣流則發(fā)射信號(hào)又減弱。MPT 光源直接暴露在大氣中，引入O2屏蔽氣可以有效地防止外圍氣體卷入等離子體中，明顯降低了背景光譜中與N 有關(guān)的分子帶狀發(fā)射，起到了很好的屏蔽作用，使光源的分析性能得以改進(jìn)。本實(shí)驗(yàn)選擇0.10 MPa 為測定鐵的氧屏蔽氣壓力。

2.2 酸度

在樣品處理環(huán)節(jié)中，溶液經(jīng)蒸發(fā)冒硫酸煙，定容稀釋后，溶液中鹽酸、硝酸的影響可不予考慮，故本實(shí)驗(yàn)主要考察了硫酸對(duì)發(fā)射強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，硫酸濃度增大，鐵的發(fā)射強(qiáng)度隨之急劇上升，而當(dāng)硫酸濃度在0.15 ～0.50 mol/L 時(shí)發(fā)射強(qiáng)度基本變化不大?？梢娫诒緦?shí)驗(yàn)控制酸度范圍內(nèi)，硫酸對(duì)鐵的測定不會(huì)產(chǎn)生干擾。

2.3 共存離子的干擾

考察了鎳基合金中共存離子對(duì)鐵的影響。按實(shí)驗(yàn)方法分別對(duì)2.00 μg/mL 鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，當(dāng)相對(duì)誤差為±5%時(shí)，Ni2+(500)、Cr3+(500)、Al3+(100)、W6+(80)、Ti4+(50)、Mo6+(50)、Mn2+(20)、Nb5+(20)、Co2+(10)對(duì)鐵的測定不產(chǎn)生干擾。對(duì)鋼中共存離子含量大于上述范圍的，采用基體匹配的方法，用相同或近似鋼種的標(biāo)鋼作工作曲線，以消除干擾。

2.4 檢出限、精密度、線性范圍

在實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)500 ng/mL 鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測定11 次，檢出限(DL)定義為產(chǎn)生3 倍空白標(biāo)準(zhǔn)偏差的信號(hào)所對(duì)應(yīng)的待測元素的質(zhì)量濃度［5］，其計(jì)算公式:DL=3S0/S，式中S0為試劑空白測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差;S 為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率。利用儀器自身軟件得到鐵的檢出限和精密度見表1。

表1 鐵的檢出限和精密度Table 1 The detection limit ＆ precision of iron

對(duì)系列濃度的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液在確定的實(shí)驗(yàn)條件下測定其發(fā)射強(qiáng)度，得到鐵的線性范圍為0.01 ～100 μg/mL。

2.5 樣品分析

按照實(shí)驗(yàn)方法，采用基體匹配法測定試樣，結(jié)果見表2。

表2 樣品測定結(jié)果(n=11)Table 2 The sample determining result

由表2 可知，本方法分析結(jié)果同國標(biāo)法相符，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差＜4%，方法準(zhǔn)確、快速、簡便，適用于鎳基合金中鐵元素的分析測定。

3 結(jié)論

確定了適宜的儀器工作參數(shù)，選擇鐵的分析譜線259. 9 nm，微波前向功率80 W，載氣流量1 430.2 mL/min，工作氣流量430. 2 mL/min，氧屏蔽氣壓力0.10 MPa?？疾炝怂岫群玩嚮辖鹬泄泊骐x子的影響，硫酸濃度在0.15 ～0.50 mol/L 范圍內(nèi)對(duì)鐵的測定不會(huì)產(chǎn)生干擾，鎳基合金中共存離子的干擾采用基體匹配法消除。方法檢出限18.96 ng/mL，RSD(n =11)為3.65%，測定鐵的線性范圍0. 01 ～100 μg/mL。MPT-AES 法測定結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定結(jié)果相符合，本方法準(zhǔn)確、快速、簡便，可用于測定鎳基合金中鐵元素含量。

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