陳文茜，李永霞

(新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000)

錳鐵中除含有錳外，另含有鐵、碳、硅、磷、硫等元素，通常錳礦石中磷含量不高，一般小于1.0%[1-2]，但當(dāng)磷含量較高時(shí)，會(huì)使得鋼鐵煉制工藝復(fù)雜化，甚至在煉制特殊鋼種時(shí)不得用金屬錳替代[3]，因此如何方便、快速、準(zhǔn)確測(cè)定錳鐵中磷含量意義重大。目前傳統(tǒng)測(cè)定錳鐵中磷含量的分析方法主要有：磷量滴定法[4]和鉬藍(lán)分光光度法[5]，但上述分析方法均需提前配制強(qiáng)酸溶液，對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，以消除其他金屬雜質(zhì)對(duì)測(cè)定結(jié)果的干擾，操作較為繁瑣、分析速度較慢、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此難以滿足日常實(shí)際生產(chǎn)快速檢測(cè)的需求。微波消解是近年迅速發(fā)展的一種快速溶樣技術(shù)，具有消解速度快、耗用試劑少、易揮發(fā)組分不損失、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，已在冶金、建材、醫(yī)藥、食品、環(huán)境、生物等諸多領(lǐng)域應(yīng)用[6-7]。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)則具有靈敏度高、檢出限低、動(dòng)態(tài)線性范圍寬且快速準(zhǔn)確等特點(diǎn)[8]，因此本研究以錳鐵為研究對(duì)象，探索微波消解對(duì)錳鐵預(yù)處理后，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法快速測(cè)定其磷含量。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

ICP5000-電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(聚光科技(杭州)股份有限公司)；密閉高壓微波消解罐(西安常儀儀器設(shè)備有限公司)；MWD-500型微波消解儀(上海元析儀器有限公司)。L6S紫外可見分光光度計(jì)(上海儀分科學(xué)儀器有限公司)；DS12-45恒溫電熱板(維克特銳(北京)科技有限公司)。

濃硝酸、氫氟酸、磷標(biāo)準(zhǔn)溶液、過氧化氫、高氯酸、亞硫酸氫鈉，鉬酸銨、氟化鈉—氯化亞錫溶液，上述試劑均為分析純(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，試驗(yàn)用水為超純水，錳鐵樣品(東北特鋼)。

1.2 樣品預(yù)處理

準(zhǔn)確稱取0.20 g錳鐵樣品置于密閉高壓微波消解罐后，加入5 mL濃硝酸與1 mL氫氟酸，放置于微波消解儀中，按照設(shè)定的溶樣程序，進(jìn)行程序升溫加壓，見表1所示。待消解結(jié)束后冷卻，將樣品溶液加熱驅(qū)酸至1～2 mL后，用水稀釋至100 mL容量瓶定容待測(cè)。

表1 微波消解過程

1.3 ICP-AES法

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定錳鐵磷含量，檢測(cè)條件為：測(cè)定波長(zhǎng)178.29 nm，發(fā)生器功率1.2 KW；四通道蠕動(dòng)泵，泵速1.0 r/min；工作氣體為氬氣(純度：99.99%)；冷卻氣流量：12 L/min；輔助氣流量1.0 L/min；霧化氣流量1.0 L/min；積分時(shí)間20 s；重復(fù)3次。同時(shí)配制不同濃度的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，以發(fā)射強(qiáng)度對(duì)磷質(zhì)量濃度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，隨后從標(biāo)準(zhǔn)曲線中確定樣品溶液中磷含量。

1.4 鉬藍(lán)分光光度法

準(zhǔn)確稱取0.20 g錳鐵樣品置于燒杯內(nèi)蓋上表面皿，加入20 mL硝酸、5 mL鹽酸低溫加熱至試樣溶解后，滴加10 mL高氯酸溶液，加熱至冒高氯酸煙1 min，冷卻，加入5 mL水溶解鹽類。滴加過氧化氫將析出的高價(jià)錳還原為無色，加熱煮沸后冷卻，定容至50 mL容量瓶中。移取母液10 mL于50 mL容量瓶?jī)?nèi)，加入1 mL硝酸、2 mL亞硫酸氫鈉溶液，加熱煮沸后，隨即加入5 mL鉬酸銨溶液與20 mL氟化鈉—氯化亞錫溶液定容搖勻。取樣品溶液于825 nm波長(zhǎng)處測(cè)吸光度，同時(shí)配制不同濃度的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，以吸光度對(duì)磷質(zhì)量濃度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，確定樣品磷含量[5]。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理?xiàng)l件選擇

錳鐵中磷含量能否準(zhǔn)確測(cè)定，主要取決于樣品在預(yù)處理過程中是否完全消解。一般微波消解樣品時(shí)，多選用HNO3、鹽酸或其混合酸作為消解溶液[9]，本試驗(yàn)比較了上述強(qiáng)酸及其混合酸在同樣的微波消解條件下對(duì)錳鐵的消解情況，見表2所示。從表2中可見，當(dāng)錳鐵稱樣量為0.20 g，濃硝酸5.0 mL與氫氟酸1.0 mL時(shí)，觀察到樣品的消解情況最好。因此確定采取5 mL濃硝酸與1 mL氫氟酸消解樣品。

表2 樣品消解條件的選擇

2.2 分析譜線選擇及穩(wěn)定性

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法要求選擇的分析線靈敏度高且穩(wěn)定，因此本試驗(yàn)分別考察173.68，177.43，178.29，185.83，188.76 nm作為磷元素分析線時(shí)[10]，樣品溶液分別稀釋10倍、20倍后，2 h的結(jié)果穩(wěn)定性，見表3所示。

表3 不同分析譜線下測(cè)定結(jié)果的穩(wěn)定性

從表3結(jié)果可見，不同波長(zhǎng)下分析線的穩(wěn)定性并不相同，隨著分析時(shí)間的延長(zhǎng)，相同分析線的分析結(jié)果精密度越差，但不同濃度的樣品溶液，在178.29 nm分析譜線下測(cè)定時(shí)間2 h后，RSD均小于1.2%，從而確定178.29 nm作為測(cè)定錳元素的分析線。

2.3 線性回歸方程

按照電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法確定的試驗(yàn)條件，分別配制濃度范圍0.01%～0.50%的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，以磷的質(zhì)量濃度對(duì)發(fā)射強(qiáng)度繪制工作曲線，得到的線性方程為y=163.5x-81.75，相關(guān)系數(shù)r>0.999，從而保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2.4 回收率與精密度

在錳鐵樣品中加入不同量的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，利用工作曲線對(duì)磷含量進(jìn)行測(cè)定，回收率與精密度結(jié)果見表4所示。從表4中可見，用工作曲線測(cè)定錳鐵中的磷含量，回收量與加入標(biāo)準(zhǔn)量基本吻合，且精密度較好。

表4 回收率與精密度試驗(yàn)結(jié)果(n=3)

2.5 與其他方法比較

分別按照國(guó)標(biāo)推薦的鉬藍(lán)分光光度法和微波消解—電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定錳鐵中磷含量，平行測(cè)定3次，見表5所示。從表5可見，采用微波消解—電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定結(jié)果與國(guó)標(biāo)采用的鉬藍(lán)分光光度法結(jié)果最大僅相差0.015%，表明具有較好的準(zhǔn)確度，滿足日常分析要求。

表5不同方法測(cè)定錳鐵樣品中磷含量比較(n=3) %

樣品鉬藍(lán)分光光度法ICP-AES絕對(duì)偏差10.1420.1570.01520.1030.1120.00930.1750.1680.007

3 結(jié) 論

本方法對(duì)錳鐵進(jìn)行微波消解預(yù)處理，具有簡(jiǎn)便、快速、試劑用量小等優(yōu)點(diǎn)，隨后采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定預(yù)處理后的樣品溶液的磷。與國(guó)標(biāo)采用方法相比，具有較好的精密度與準(zhǔn)確度，從而可滿足相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的快速分析要求。