王莉娜等

摘 要：利用ICP-AES法測定硫鐵中Ti元素含量，對儀器的各項(xiàng)工作條件，如等離子體功率、霧化氣流量和觀測高度等進(jìn)行優(yōu)化，確定了最優(yōu)的Ti元素含量分析條件，該方法回收率在101～102%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%。此方法還對鋼材中其他金屬元素含量分析具有較好的參考意義。

關(guān)鍵詞：ICP-AES法；硫鐵；鈦元素分析

1 前言

硫在鋼材中一般被認(rèn)為是有害元素之一，可引起鋼的熱脆性，降低鋼的焊接性能。但現(xiàn)代研究表明，在硅鋼等特種鋼煉制過程中添加硫元素能夠顯著提升鋼材的切削性能及機(jī)械力學(xué)性能。鈦在鋼中的夾雜物主要是碳化鈦、氮化鈦及碳氮化鈦顆粒。由于這些顆粒會在晶界處析出，會鋼的延展性變差[1]。且在特種鋼的軋制過程中，造成邊裂等缺陷，從而嚴(yán)重影響特種鋼的成材率。因此為減少含鈦夾雜物的數(shù)量，應(yīng)從源頭上嚴(yán)格控制合金原料中Ti的含量?，F(xiàn)階段，硫鐵中Ti元素含量一般采取分光光度法進(jìn)行分析，但該方法過程復(fù)雜，尤其在測定低含量的Ti時分析誤差較大，難以滿足生產(chǎn)要求。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES法）是近年來發(fā)展起來的一種新型分析測試方法，其主要利用電感耦合等離子炬焰作為光源，可大大縮短分析時間，同時測定結(jié)果檢出限低、精密度好，廣泛應(yīng)用于鋼材中各類金屬元素含量的分析。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器及參數(shù)設(shè)置

光譜儀：ICAP6300型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（Thermo Fisher Scientific，美國）；

ICP工作條件：功率：900W；冷卻氣流量：13.0L/min；輔助氣流量：0.75L/min；霧化器流量：0.60L/min；觀測高度：10mm；測定波長：Ti 334.941nm；蠕動泵泵速：50rpm。

2.2 實(shí)驗(yàn)試劑

硝酸：優(yōu)級純，ρ=1.42g/mL；

鹽酸：優(yōu)級純，ρ= 1.19g/ mL；

氫氟酸：優(yōu)級純，ρ= 1.15g/ mL；

高氯酸：優(yōu)級純，ρ= 1.67g/ mL；

硫酸：優(yōu)級純，ρ= 1.84g/ mL。

100μg/mL鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：稱取0.1668g二氧化鈦基準(zhǔn)物質(zhì)置于400mL燒杯中。加入2-5g硫酸銨，40-50mL硫酸。蓋上表面皿，加熱溶解，，冷卻。移入盛有 450mL水的燒杯中。用硫酸（1+9）定容至1000mL。

20μg/mL鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：移取20mL鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液（100μg/mL）于100mL容量瓶中，定容搖勻，備用。

2.3 實(shí)驗(yàn)過程

2.3.1 樣品處理

稱取0.2000g試樣置于300mL的聚四氟乙烯燒杯中，用少量水潤濕，分次加入5mL鹽酸，低溫加熱至無明顯反應(yīng)。加入5mL硝酸，3mL氫氟酸低溫加熱至試樣分解，然后加入5mL高氯酸，加熱并冒高氯酸煙至近干，取下稍冷，用少許水吹洗燒杯壁，加入5mL鹽酸和30mL水，加熱溶解鹽類，冷卻至室溫，移入100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

2.3.2工作曲線的配制

分別稱取6份0.1400g純鐵粉（Fe≥99.98%）于6個300mL的聚四氟乙烯燒杯中，按照樣品處理方法操作，移入100mL容量瓶中。然后，分別移取0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0mL鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液（20μg/mL）于100mL容量瓶中，定容搖勻。進(jìn)行ICP分析，繪制鈦工作曲線。

3 結(jié)果與討論

3.1 參數(shù)優(yōu)化

ICP-AES分析實(shí)驗(yàn)涉及的影響因素主要集中在儀器工作參數(shù)的選擇上。其優(yōu)化內(nèi)容包括：發(fā)生器功率、工作氣體（冷卻氣、輔助氣、載氣）流速、霧化進(jìn)樣速度和觀測高度。其中發(fā)生器功率、載氣流量和觀測高度是影響分析信號的關(guān)鍵因素。分析單一元素時，優(yōu)化工作條件通常以獲得最佳信背比為依據(jù)[2]。因此，本次實(shí)驗(yàn)主要對發(fā)生器功率、載氣流量和觀測高度進(jìn)行優(yōu)化。

1、高頻發(fā)生器功率的選擇

發(fā)生器功率與信背比的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：功率增大時，放射強(qiáng)度增強(qiáng)，隨著背景強(qiáng)度也增強(qiáng)，發(fā)射功率超過一定水平時，其背景強(qiáng)度會以更高的比例增加。雖然功率增加有利于改善測量的精度，但隨著功率的增加，信背比下降。過高的背景對檢出限不利，。而功率過大容易燒壞炬管，功率過小又會影響原子或離子的原子化程度[3]。所以，選定發(fā)射功率為900W。

2、霧化氣的選擇

分別調(diào)整霧化氣流量0.30-0.9L/min，霧化氣流量在0.60 L/min時，信背比最佳。因此，設(shè)定0.60L/min為電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀工作時的霧化氣流量。

3、觀測高度的選擇

調(diào)整觀測高度8.0-14.0mm，信背比隨著觀測高度的增加而增加，到10mm時趨于平緩。因此，儀器觀測高度選用10mm。

3.2 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

由于目前國內(nèi)外沒有硫鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品，因此本次實(shí)驗(yàn)采用硫鐵1#樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并委托鋼鐵研究總院進(jìn)行比對分析。

按照樣品處理方法對硫鐵1#樣品進(jìn)行處理，然后使用ICP光譜儀測定，可知：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與鋼鐵研究總院分析結(jié)果一致，說明該方法準(zhǔn)確度好。

3.3 回收率實(shí)驗(yàn)

對硫鐵1#樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，分別稱取六份樣品，其中三份加入4mL的 Ti標(biāo)準(zhǔn)溶液（20μg/mL），然后按照樣品處理方法對硫鐵1#樣品進(jìn)行處理。樣品溶解后定容于100mL容量瓶中進(jìn)行分析。

加標(biāo)回收率= （加標(biāo)試樣測定值-試樣測定值）÷加標(biāo)量×100%

利用該公式計(jì)算加標(biāo)回收率，本次實(shí)驗(yàn)所測結(jié)果加標(biāo)回收率控制在101%-102%，回收率較好，說明本實(shí)驗(yàn)干擾因數(shù)少，分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3.4 精密度實(shí)驗(yàn)

分別稱取10份硫鐵1#樣品于聚四氟乙烯燒杯中，按照樣品處理方法進(jìn)行樣品前期處理，使用ICP光譜儀進(jìn)行測定?？芍毫蜩F1#樣品10次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均較小（小于5%），證明該方法具有較好的精密度，實(shí)驗(yàn)過程穩(wěn)定可靠。

4 總結(jié)

論文確定了硫鐵溶酸方法，并確定了ICP光譜儀的最佳發(fā)生器功率、載氣流量及觀測高度，通過與鋼鐵研究總院所得結(jié)果進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。特別地，精密度實(shí)驗(yàn)中，10次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%。說明本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)備性良好，實(shí)驗(yàn)過程穩(wěn)定。加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)中回收率結(jié)果在99%-102%之間，進(jìn)一步驗(yàn)證了測量結(jié)果的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] Oztur B.， 吳瓊. 在Fe-Ti-C-N合金中形成夾雜物的熱力學(xué)[J]. 釩鈦， 1991， 5： 60-65.

[2] 梁偉. 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）的分析和干擾機(jī)理研究[D]. 廣州： 中山大學(xué)， 2007， 1-79.

[3] 陳安明. 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定低合金鋼中痕量硼[J]. 理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊， 2007， 43（8）： 644-646.

作者簡介

王莉娜（1986-），女，河北省張家口市，漢族，助教，碩士，化學(xué)分析檢測。