褚嬌
摘要:不銹鋼中各元素含量的分析大多采用化學(xué)法、原子吸收法和光電直讀光譜法?;瘜W(xué)法和原子吸收法分析元素單一,操作復(fù)雜,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,效率低;光電直讀光譜法操作簡(jiǎn)便,可以多元素同時(shí)分析,但對(duì)樣品形狀有嚴(yán)格的要求和限制。本文建立電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP–AES)法測(cè)定鉻鎳不銹鋼中錳、鉻、鎳、硅、磷、銅、鉬7種元素含量的方法。
關(guān)鍵詞:ICP–AES法;不銹鋼元素;化學(xué)分析方法
1不銹鋼中各元素化學(xué)分析方法比較
1.1手持式X熒光分析
手持式X熒光光譜分析儀,為無(wú)損傷、快速、半定量分析的有效分析方法,常用于現(xiàn)場(chǎng)快速確定材質(zhì)、無(wú)損傷區(qū)分廢料、定性判定金屬材料種類(lèi)等過(guò)程中。其缺點(diǎn)為分析的準(zhǔn)確度不高,且不能分析微量元素。
1.2濕法分析
濕法分析采用單個(gè)元素分析的方法,操作過(guò)程繁瑣;如果同一個(gè)樣品檢測(cè)多個(gè)元素,花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng),且分析過(guò)程中使用的試劑較多,有些試劑還是有毒有害,對(duì)檢測(cè)人員和環(huán)境均有一定程度的危害。
1.3直讀光譜分析
直讀光譜儀具有分析速度快、準(zhǔn)確度高、操作簡(jiǎn)單、樣品用量少等優(yōu)點(diǎn)。但是對(duì)于高含量元素的光譜定量分析測(cè)量精度相對(duì)較低,準(zhǔn)確度不高。直讀光譜儀另外一個(gè)限制因素是:由于每臺(tái)儀器使用的出射狹縫位置在出廠(chǎng)前已經(jīng)訂好,不易變更,這對(duì)固定元素的例行分析固然方便,但對(duì)分析任務(wù)變化的適應(yīng)能力較差。
1.4 X熒光光譜儀分析
X射線(xiàn)熒光光譜法具有分析速度快,試樣加工相對(duì)簡(jiǎn)單,偶然誤差小及分析精度高的特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于鋼鐵分析中。X射線(xiàn)熒光光譜(XRF)法用于不銹鋼分析時(shí)具有分析含量范圍寬、準(zhǔn)確度高、等優(yōu)點(diǎn)。X射線(xiàn)熒光光譜法多以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法為主對(duì)基體效應(yīng)進(jìn)行校正。由于X射線(xiàn)熒光光譜儀自身的特點(diǎn),對(duì)于不銹鋼中含量為0.01%以下的元素檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度不高。
1.5 ICP-AES法分析
電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)能同時(shí)測(cè)定復(fù)雜鐵基體中的多種元素,具有靈敏度高、檢測(cè)下限低、穩(wěn)定性好、消除背景干擾、元素分析檢測(cè)線(xiàn)性范圍寬,分析速度快,可實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于金屬材料的化學(xué)元素檢測(cè)。且可分析不銹鋼中含量為0.0010%以下的元素。ICP-AES法測(cè)定不銹鋼中各元素的化學(xué)成分主要工作有:首先是解決溶樣問(wèn)題,要求被測(cè)元素全部溶解,且不影響ICP—AES的炬管和霧化器的霧化效率;其次是解決基體干擾,我們可以采用基體匹配法解決基體干擾;最后是選擇分析譜線(xiàn),減少譜線(xiàn)干擾,可以采用干擾因子校正(IEC)和多譜線(xiàn)擬合技術(shù)減少光譜干擾帶來(lái)的影響。
2實(shí)驗(yàn)部分
2.1主要儀器與試劑
電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀:ThermoiCAP 6300型,美國(guó)Thermo Fisher公司;
鹽酸、硝酸:優(yōu)級(jí)純;
氬氣:純度為99.999%;
鉻鎳不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品:B 59–94,
GSBH 40132–2003[某鋼鐵(集團(tuán))有限公司鋼鐵研究所],YSBC 11314–94(冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院),YSBC 15344–2008、YSBC 15343–2008、YSBC15345–2008、GSB 03–2481–2008[某鋼鐵(集團(tuán))有限公司技術(shù)公司],GSB 03–2030–2006、GSB03–2031–2006(鋼鐵研究總院分析測(cè)試研究所北京納克分析儀器有限公司),GBW 01681–2005(某冶金科學(xué)研究院);實(shí)驗(yàn)用水為去離子水,電阻率不小于18.2MΩ·cm。
2.2儀器工作條件
射頻功率:1 150 W;冷卻氣流量:12 L/min;輔助氣流量:0.5 L/min;霧化氣流量:0.5 L/min;蠕動(dòng)泵泵速:50 r/min;垂直觀察高度:12.0 mm;積分時(shí)間:短波15 s,長(zhǎng)波5 s;各元素的分析波長(zhǎng)見(jiàn)表1。
2.3實(shí)驗(yàn)方法
準(zhǔn)確稱(chēng)取試樣0.100 0 g于100 mL定容兩用瓶中,加入10 mL鹽酸與硝酸的混合酸溶液(鹽酸–硝酸–水的體積比為2∶1∶3),并于低溫加熱至反應(yīng)完全,待試液冷卻后,用水定容至100 mL,混勻,按1.2儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。隨同試樣作空白試驗(yàn)。用于繪制校準(zhǔn)曲線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)樣品的溶解方法與試樣相同。
3結(jié)果與討論
3.1儀器工作條件的選擇
本方法使用的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀是全譜直讀型發(fā)射光譜,可以實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測(cè)定。信號(hào)值隨著儀器射頻功率的增加明顯增強(qiáng),但同時(shí)儀器噪音也增加,保持其它參數(shù)不變,在900~1 500 W范圍內(nèi),試驗(yàn)考察了改變射頻功率對(duì)譜線(xiàn)強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明,隨著射頻功率的增加,待測(cè)元素的譜線(xiàn)強(qiáng)度和背景都隨之增大,當(dāng)射頻功率增大到1 150 W時(shí),信噪比開(kāi)始下降,故選擇射頻發(fā)生器功率為1 150 W。
遵循低含量元素采用主靈敏線(xiàn)、高含量元素采用次靈敏線(xiàn)的原則,從基體干擾和背景校正兩方面考慮,對(duì)各元素的若干條譜線(xiàn)進(jìn)行篩選。初選譜線(xiàn)依次為Mn:257.610,260.569,279.482 nm;Cr:206.157,267.716,318.070,360.533 nm;Ni:221.647,352.454 nm;Si:251.611,212.412,288.158nm;P:178.284,177.495 nm;Cu:324.754,327.396nm;Mo:202.030,281.615 nm。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)比對(duì),根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)線(xiàn)性、譜線(xiàn)響應(yīng)值和未知樣品測(cè)試的準(zhǔn)確度等情況,最后選定各元素的分析譜線(xiàn)。
3.2干擾及消除
在該試驗(yàn)中,主要通過(guò)選擇合適的譜線(xiàn)以及選擇基體組成與待測(cè)樣品基本相同的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品用于制備校準(zhǔn)曲線(xiàn)以消除干擾。
3.3精密度與準(zhǔn)確度試驗(yàn)
按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)2個(gè)鉻鎳不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表2。
由表2可知,7種元素測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.12%~1.15%,說(shuō)明該方法具有良好的精密度,相對(duì)誤差為0.10%~6.67%,說(shuō)明測(cè)定值與認(rèn)定值相符,方法準(zhǔn)確度較高。
4結(jié)語(yǔ)
對(duì)不銹鋼中各元素化學(xué)分析方法進(jìn)行比較選擇,ICP-AES法可以同時(shí)分析這些元素,達(dá)到不銹鋼產(chǎn)品的要求。
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(作者單位:廣東省湛江市寶鋼湛江鋼鐵有限公司)