王志遠(yuǎn) 李 帆 王 強(qiáng) 王 榮

(1 中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095；2 航空材料檢測與評價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095)

前言

鋼鐵作為生產(chǎn)生活中最常見的金屬材料，對其成分測試的要求非常普遍。而鋼的牌號眾多，不同牌號元素種類、數(shù)量、含量各不相同。各種共存元素都可能在測定時(shí)對待測元素產(chǎn)生干擾。因此分析譜線的選擇不能一概而論，必須針對不同材料，選擇不同的分析譜線?，F(xiàn)有分析方法多是針對具體牌號、具體元素的。本文提供方法是一種通用方法，對各種牌號具有廣泛適用性[1]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

JY ACTIVA ICP發(fā)射光譜儀(法國HORIBA JOBINYVON公司生產(chǎn))；PE OPTIMA 5300 ICP發(fā)射光譜儀(美國PE公司)：高頻頻率40.68 MHz，入射功率1 300 W，反射功率小于10 W，冷卻氣流量14 L/min[2]。

鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、氫氟酸、檸檬酸均為優(yōu)級純，實(shí)驗(yàn)用水為二次去離子水。

釔內(nèi)標(biāo)溶液(0.20 mg/mL)：稱取0.253 8 g氧化釔(Y2O3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于99.99%)置于200 mL燒杯中，加入50 mL HCl(1+1)，低溫加熱至溶解完全，冷卻后，轉(zhuǎn)移至1 000 mL容量瓶中，用二次水稀釋至刻度并搖勻。

1.2 分析線

分析譜線見表1。選取各儀器上若干條靈敏度較高的分析譜線，在以后的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行逐一驗(yàn)證。

表1 分析譜線

1.3 樣品制備

稱取試樣0.10 g(精確至0.000 1 g)置于150 mL塑料燒杯中，加入15 mL鹽酸，5 mL硝酸。低溫加熱至反應(yīng)停止，滴加1 mL氫氟酸[3]，等反應(yīng)完全后轉(zhuǎn)移至已經(jīng)加入0.20 mg/mL釔內(nèi)標(biāo)的100 mL容量瓶中，定容。轉(zhuǎn)入塑料試劑瓶中備用[4]。

1.4 光譜干擾實(shí)驗(yàn)溶液的配制

根據(jù)鋼中各牌號的化學(xué)成分[5]，配制了包括試劑空白溶液、基體元素溶液、共存元素溶液、分析元素溶液在內(nèi)的各光譜干擾研究實(shí)驗(yàn)溶液[6]，各實(shí)驗(yàn)溶液的元素及其含量見表2。

表2 光譜干擾實(shí)驗(yàn)溶液配制表

2 結(jié)果與討論

鋼中基體元素和共存元素對分析元素的光譜干擾研究。

2.1 JY ACTIVA-型儀器上光譜干擾研究

將表2中的單一元素光譜干擾實(shí)驗(yàn)溶液、試劑空白溶液在JY ACTIVA ICP-AES儀器上6條Al分析譜線波長處進(jìn)行圖形掃描，積分時(shí)間1 s，獲得以分析波長為中心，波長范圍為0.309 nm的光譜掃描圖形[7-8]。將獲得的光譜掃描圖形進(jìn)行適當(dāng)疊加放大處理，進(jìn)一步研究各基體元素和干擾元素、試劑空白溶液在分析譜線附近的光譜干擾情況。所研究的各牌號鋼中基體元素和共存元素對分析元素Al的光譜干擾情況見表3。

表3 JY ACTIVA ICP-AES儀器對分析元素Al的光譜干擾研究

將實(shí)驗(yàn)結(jié)果按表3形式列出，識(shí)別各干擾情況。由于篇幅有限，在此只是以少量數(shù)據(jù)作為例子。最終得出結(jié)論，可采用Al 394.40 nm、Al 396.15 nm和Al 309.27 nm進(jìn)行鋼中Al的測量。

2.2 PE OPTIMA 5300型儀器上光譜干擾研究

將表2中的單一元素光譜干擾實(shí)驗(yàn)溶液、試劑空白溶液在PE OPTIMA 5300 ICP-AES儀器Al 6條分析譜線波長處進(jìn)行圖形掃描，積分方式自動(dòng)1～5 s，獲得以分析波長為中心，波長范圍為0.108 nm的光譜掃描圖形。將獲得的光譜掃描圖形進(jìn)行適當(dāng)疊加放大處理，進(jìn)一步研究各基體元素和干擾元素、試劑空白溶液在分析譜線附近的光譜干擾情況。干擾情況按表3形式列出。

實(shí)驗(yàn)表明，可采用Al 394.40 nm、Al 308.21 nm和Al 309.27 nm進(jìn)行鋼中Al的測定。

2.3 精密度、準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

結(jié)合2.1和2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)論，選取Al 394.40 nm和Al 309.27 nm兩條分析線進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)。

按1.3配制溶液，以1.4作為工作曲線在PE 5300儀器上進(jìn)行測定，結(jié)果見表4。

由表4可以看出，采用分析線Al 394.40 nm和Al 309.27 nm對Al元素進(jìn)行測定，測定值與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致，對于含量范圍在0.05%～0.1%的分析元素，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于13.8%；對于含量范圍在0.10%～1.00%的分析元素，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2.6%；對于含量范圍在1.00%～5.00%的分析元素，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1.9%；對于含量范圍在5.00%～7.00%的分析元素，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.79%。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，對于含量范圍在0.01%～0.1%的分析元素，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于20%；對于含量范圍在0.10%～1.00%的分析元素，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%；對于含量范圍在1%～5%的分析元素，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%；對于含量范圍在5%～10%的分析元素，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2%；因此方法的準(zhǔn)確度和精密度符合分析要求，可以用此方法分析鋼中含量范圍在0.05%～7.00%的Al元素[9]。

根據(jù)光譜干擾實(shí)驗(yàn)和精密度、準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)選定Al元素分析譜線為394.40 nm和309.27 nm。

2.4 方法檢出限實(shí)驗(yàn)

采用JY ACTIVA型儀器用1.4工作曲線，在2.1工作條件下進(jìn)行進(jìn)行測定，連續(xù)進(jìn)行10次鐵基空白溶液的測定，工作曲線線性系數(shù)和方法檢出限結(jié)果見表5。

表4 測量Al元素的精密度、準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表5 線性實(shí)驗(yàn)和檢出限實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表5可以看出，含量范圍在0.05%～7.00%的Al元素測定工作曲線線性關(guān)系良好。檢出限最高為0.002%，因此，用此方法可以滿足含量范圍是0.05%～7.00%的鋼中Al的測定[10-11]。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)對鋼中常見元素Al的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定進(jìn)行了研究，在原有實(shí)驗(yàn)和理論的基礎(chǔ)上分別在兩臺(tái)儀器上進(jìn)行了光譜干擾、精密度、準(zhǔn)確度等實(shí)驗(yàn)。

此實(shí)驗(yàn)是在前面條件實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，即在選定可行的分析譜線、加釔內(nèi)標(biāo)進(jìn)行測定等條件下進(jìn)行的。在精密度、準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)中，對光譜干擾實(shí)驗(yàn)中選定的譜線進(jìn)行了進(jìn)一步實(shí)際驗(yàn)證，通過對測量結(jié)果RSD等指標(biāo)的分析，確定了準(zhǔn)確可靠的分析譜線。

在最終確定的分析條件下，可以對Al元素進(jìn)行準(zhǔn)確測定。另外，針對不同種類的鋼進(jìn)行成分分析時(shí)，不同的溶樣方式對測定結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生影響，我們將在以后工作中進(jìn)一步驗(yàn)證。