胡沈會，楊偉俠，吳麗華

（浙江國檢檢測技術股份有限公司，浙江海鹽 314300）

生鑄鐵是一種高強度材料，是冶金行業(yè)必不可少的原料，其綜合性能接近鋼，用于鑄造一些受力復雜、強度、韌性、耐磨性能要求高的零部件［1-2］，在汽車、電力、冶金、航空等工業(yè)領域具有廣泛的應用。硅是各類鑄鐵中的主要雜質，它起著石墨化，維持碳當量的作用，能減少縮孔及白口傾向，增加鐵素體，并能細化石墨，提高球狀石墨的圓整性［3］。因此生鑄鐵中硅元素含量的準確分析，對于控制產(chǎn)品質量及指導生產(chǎn)實踐具有重要意義。

目前，關于生鑄鐵中硅含量的分析，國內(nèi)標準主要采用傳統(tǒng)的化學光度法［4-7］和直讀光譜法［8-9］進行分析?；瘜W光度法樣品前處理復雜，分析時間長，操作過程繁瑣，不能滿足快速分析的要求，同時氫氟酸處理試樣時對人體有危害；直讀光譜法只能分析塊狀樣品，要求表面光潔且具有一定的致密程度，直讀光譜法分析雖然樣品前處理簡單，分析速度快，但是不能用于仲裁分析，因此只適合爐前快速分析［10］。電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-AES）法具有線性范圍廣，檢出限低，精密度高，基體效應小，干擾少且易排除，可同時進行多元素含量分析的特點，已廣泛應用于多種冶金材料檢測［11-13］。國內(nèi)采用ICP-AES 法分析生鑄鐵中的硅含量還沒有公開的標準，但是相關文獻報道中樣品預處理繁瑣［14-16］。筆者參考相關文獻，對樣品的前處理方式、分析譜線選擇等進行了優(yōu)化，縮短了溶樣時間，采用基體匹配的方法消除基體干擾，建立了ICP-AES 法測定生鑄鐵中硅含量的方法，該分析方法快速、準確、環(huán)保，測定范圍寬，滿足冶金行業(yè)分析的需要。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

全譜直讀等離子體原子發(fā)射光譜儀：ICP7400型，美國熱電公司；

電子天平：ME204E 型，感量為0.1 mg，瑞士梅特勒-托利多公司；

高純鐵：質量分數(shù)不小于99.98%，國家鋼鐵材料測試中心；

鑄造生鐵：編號為YSB C 11003a-95，冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院；

合金鑄鐵：編號分別為機字92-072，92-074，鄭州機械研究有限公司；

生鐵：編號為BH2011-3，山東省冶金科學研 究院。

硅標準儲備液：編號為GSB G 6207-90，質量濃度為500 mg／L，國家鋼鐵材料測試中心；

硫酸、硝酸：密度分別為1.84 g／cm3，1.42 g／cm3，優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司；

試驗用水為符合GB／T 6682 的二級水。

1.2 儀器工作條件

RF 功率：1 150 W；載氣：高純氬氣（純度為99.999%） ；冷卻氣流量：12 L／min；輔助氣流量：0.5 L／min；霧化器氣體流量：0.70 L／min；分析泵速：50 r／min；沖洗泵轉速：100 r／min；樣品沖洗時間：30 s；光室溫度：38℃；垂直觀測高度：12 mm。

1.3 樣品處理

稱取試樣0.10 g（精確至0.000 1 g）置于100 mL 鋼鐵容量瓶中，加入20 mL 硫酸-硝酸-水混合液（體積比為50∶8∶942），置于電壓為40 V 的電爐上緩慢加熱溶解，待反應停止后，滴加7～8 滴硝酸氧化，繼續(xù)加熱直至樣品溶解完全，冷卻至室溫，用水稀釋至標線，搖勻，過濾。同步做空白試驗。

1.4 校準曲線繪制

稱取5 份0.10 g（精確至0.000 1 g）高純鐵（純度大于99.98%）至100 mL 鋼鐵容量瓶中，按照1.3的處理方法進行溶解，此溶液作為基體空白溶液。取5 份基體空白溶液置于100 mL 容量瓶中，分別加入500 mg／L 的硅標準溶液0，1，2，4，8 mL，加水稀釋至標線，搖勻，配制成硅質量濃度為0%，0.5%，1%，2%，4%的系列標準工作溶液。測定系列標準工作溶液中硅元素的譜線強度，以溶液中硅含量（x）為橫坐標，發(fā)射光譜強度（y）為縱坐標繪制標準工作曲線。

2 結果與討論

2.1 稱樣及樣品溶解方法的選擇

考慮到生鑄鐵中硅含量為常量范圍，試驗稱取0.10 g（精確至0.000 1 g）樣品于100 mL 鋼鐵容量瓶中，置于電壓為40 V 的電爐上緩慢加熱，分別采用硝酸-水（體積比為1∶10）、鹽酸-硝酸-水混合液（體積比為3∶1∶10）、硫酸-硝酸-水混合液（體積比為50∶8∶942）三種方式溶解生鑄鐵樣品，結果見表1。試驗結果表明，硫酸-硝酸-水混合液的溶樣效果最好，在20 min 內(nèi)樣品能溶解完全。因此，選擇硫酸-硝酸-水混合液作為溶解體系。

表1 溶樣方式試驗結果

2.2 基體干擾及消除

分別配制含純鐵基體0.10 g 與不含純鐵基體的標準溶液，采用電感耦合等離子發(fā)射光譜法測定硅元素的光譜強度，測定結果列于表2。

表2 不同基體下硅元素的光譜強度

由表2 可知，在不同的分析譜線下對不含基體和含0.10 g 鐵基體的標準溶液進行測定，硅的發(fā)射強度無顯著差異，說明鐵基體的存在對硅元素的測定結果基本沒有影響。但是為了保證測定結果的準確性，建議在在繪制工作曲線時進行基體匹配，帶基體空白，以防止基體干擾。此外，每次測試時溶解樣品的條件和酸的用量也應保持一致。

2.3 分析譜線的選擇

分析譜線應不受光譜干擾，并且要有足夠寬的線性范圍和合適的靈敏度。配制基體溶液和不同硅元素濃度的標準溶液，在1.2 儀器工作條件下對分析譜線進行多次掃描，得到硅的分析譜圖，查看響應值及干擾情況，最終按照響應值高，靈敏度適中，受干擾情況小，峰形美觀的原則，篩選出Si 212.412 nm 作為最佳分析譜線。

2.4 線性方程、線性范圍和檢出限

在1.2 儀器工作條件下，對系列標準工作溶液進行測定，以硅元素的質量濃度（%）為橫坐標，光譜發(fā)射強度（y）為縱坐標，繪制標準工作曲線。對標準空白溶液連續(xù)進行11 次測定，以3 倍光譜強度的標準偏差與斜率的比值為該方法的檢出限。硅元素的線性方法、線性方程、相關系數(shù)及檢出限見表3。

表3 線性范圍、線性方程、相關系數(shù)及檢出限

由表3 可知，該方法的線性范圍寬，線性相關性好，檢出限低，能滿足測定的要求。

2.5 精密度試驗

選擇3 個硅含量不同的生鑄鐵樣品，按照1.3的方式進行樣品前處理，在1.2 儀器工作條件下進連續(xù)測定10 次，測定結果列于表4。

表4 精密度試驗結果 %

由表4 可知，測定結果的相對標準偏差在0.18%～0.21%之間，平均值與標準值基本一致，相對誤差為-0.65%～1.10%，表明該方法精密度和準確度均較好。

2.6 加標回收試驗

選擇不同含量的標準樣品，按照1.3 進行樣品前處理，在1.2 儀器工作條件下進行加標回收試驗，結果見表5。由表5 可知，硅元素的加標回收率為96%-103%，說明該方法測定結果準確、可靠。

表5 回收試驗結果 %

3 結語

建立了采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定鑄鐵中硅含量的方法。采用硫酸-硝酸-水（體積比為50∶8∶942）混合溶液溶解樣品，確定硅元素的最佳分析譜線為212.412 nm，采用基體匹配法消除基體干擾。該方法測量方法準確、可靠，可滿足日常分析的需要。