電感耦合等離子發射光譜法（ICP-AES）測定高碳鉻鐵中的鈦

于 晟，王 崴，辛淑霞

（天津鋼管集團股份有限公司技術中心，天津300301）

電感耦合等離子發射光譜法（ICP-AES）測定高碳鉻鐵中的鈦

于 晟，王 崴，辛淑霞

（天津鋼管集團股份有限公司技術中心，天津300301）

介紹了電感耦合等離子發射光譜法測定高碳鉻鐵中Ti元素的試驗方法。采用先加入磷酸和硝酸的混合酸溶解高碳鉻鐵，后用濃硝酸溶解溶液中碳化物等不溶物，冷卻后，加入適量水溶解溶液中鹽類，定容。用電感耦合等離子發射光譜測定溶液中Ti元素的光譜強度。配制標液建立標準曲線，使用標準曲線計算出樣品中Ti的含量。該方法檢測高碳鉻鐵中Ti的含量，準確度，精密度均符合生產檢測的要求。

ICP-AES；高碳鉻鐵；鈦

1 引言

根據市場要求，對于G15Cr軸承鋼等高性能鋼材中Ti元素含量的要求越來越嚴格。而在其冶煉過程中需要用高碳鉻鐵作為其合金添加劑，為了防止高碳鉻鐵中Ti元素隨鐵合金進入鋼液影響鋼的性能，需要對高碳鉻鐵中Ti含量進行嚴格控制。目前國標和行標方法中沒有高碳鉻鐵中檢測Ti的方法。本方法采用磷酸和硝酸混合酸消解的方法對試樣進行消解，適用于含碳量在3%～10%的鉻鐵，測定鈦的含量為0．002%～0．30%。

2 實驗試劑及器具

鹽酸：ρ約1．19 g/ml。

硝酸：ρ約1．42 g/ml。

磷酸：ρ約1．70 g/ml。

硝磷混酸，HNO3：H3PO4=7：3。

實驗室用水：本實驗所用水均符合GB/T6682-2008《分析實驗室用水規格和試驗方法》中實驗室三級水的標準。

鐵標液：稱取10．000 0 g高純鐵（質量分數為99．98%），置于500 ml燒杯中，加20 ml水和50 ml鹽酸，加熱溶解，冷卻至室溫，移入1 000 ml容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液鐵元素濃度為10 mg/ml。

鉻標液：稱取10．000 0 g純鉻（質量分數為99．95%），置于500 ml燒杯中，加20 ml水和50 ml鹽酸，加熱溶解，冷卻至室溫，移入1 000 ml容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液鉻元素濃度為10 mg/ml。

鈦標液（1 000 μg/ml）：國家標準溶液，國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院。

鈦標液（10 μg/ml）：將國家標準溶液鈦標液（濃度為1 000 μg/ml）1 ml移入100 ml容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

電熱板（可溫控）。

鋼鐵兩用瓶100 ml。

實驗室用電子天平，精確到0．000 1 g。

Thermo公司IRIS IntrepidⅡXSP型電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-AES）。

3 實驗部分

3．1 樣品制備

在100 ml鋼鐵兩用瓶中稱取（0．100 0±0．000 2）g的試樣，2～3 ml水清洗瓶口后，加入10～12 ml硝磷混酸（HNO3：H3PO4=7：3），于電熱板上加熱消解。待溶液呈翠綠色且液面較平靜剛剛冒出磷酸煙時，用滴管逐滴滴加濃硝酸。這時，每滴加一滴都會有濃黃褐色煙冒出（破壞碳化物現象），直到滴加再無此現象時，稍冷卻后，加20 ml水將膏狀液體加熱稀釋以溶解鹽類。待瓶底無膏狀液體時，取下冷卻定溶于100 ml容量瓶中（如有白色或無色絮狀物，定容后過濾，取清液進行實驗）。

3．2 標準溶液配制

在6個100 ml鋼鐵兩用瓶中加入10～12 ml硝磷混酸，用3．1的方法同樣處理至冒磷酸煙為止。冷卻至室溫后移入6個100 ml容量瓶中，分別加入6 ml鉻標液和3 ml鐵標液，使標液中鉻為60%，鐵為30%。再分別加入0、2、4、10、20、30 ml的鈦標液（10 μg/ml），用水稀釋至刻度，混勻。配制成鈦含量為0．00%、0．02%、0．04%、0．10%、0．20%、 0．30%的標準溶液，并以此建立工作曲線。

3．3 儀器工作參數條件（見表1）

表1 儀器工作參數表

本方法屬于酸溶法較之傳統的堿溶法總鹽度更低些，但是由于溶液粘度較大，故建議使用高鹽霧化器進行實驗。

4 數據與結果

4．1 實驗數據（見表2）

由表2可知，該方法相對標準偏差小于1%，測量值與標準值在允許差范圍內，實驗結果合理滿意，有較好的精密度。

4．2 回收率測定實驗數據（見表3）

由表3可知，本方法實驗回收率95%～105%，準確性滿足生產檢測要求。

5 問題與討論

5．1 實驗難點

本實驗難點在于樣品溶解。由于磷酸的加入，溶液粘度較之不含磷酸的黏度大。而溶液黏度大，霧化效率就會降低，從而結果就會偏低。因此在保證將樣品全部溶解的前提下，酸的用量就顯得格外重要。實驗表明，硝酸和磷酸的比例為7：3為最佳比例而10～12 ml為最佳加入量。硝磷混酸溶解樣品時要特別注意冒磷酸煙的過程。磷酸煙容易冒過，其后果是在后面用20 ml水回溶液體時，有部分鹽類形成了不溶于水的次磷酸鹽，從而產生絮狀物。如絮狀物產生過多，則對本實驗影響較大，建議棄之不用而重新稱取溶解試樣。

表2 實驗數據表

表3 回收率實驗數據表

5．2 ICP樣品前處理原則

（1）確保樣品完全分解，無損失，無污染。

（2）選擇適當的介質，盡量使用粘度較小的酸，如硝酸，鹽酸，盡量少用磷酸和硫酸。

（3）不得使用對儀器有害的試劑（如HF、強堿等）。如果在消解試樣中必須使用則盡可能想辦法將其抹除（如使用HF盡可能揮掉，如使用強堿，在定容前用鹽酸或硝酸酸化使溶液呈酸性）。

5．3 磷酸對ICP進樣系統的影響

為了驗證磷酸對于本儀器做P元素是否有影響，做下面的實驗。以低合金鋼GBW01353為例，在進含磷酸的高碳鉻鐵溶液后，分別沖洗15 min，30 min，1 h、2 h后按照GB/T20125-2006的方法做此低合金鋼樣品，然后更換進樣系統后再進行一次實驗。進完含磷酸的樣品后在P（213.618 nm）中測得的數值見表4。

表4 進完含磷酸的樣品后在P（213.618 nm）中測得的數值

結果表明，由于磷酸粘度較大，其滯留性對進樣系統有長期影響，會對于ICP-AES做磷元素有結果偏高的影響。所以如需做樣品中的P，建議更換霧化器前面的進樣系統部分即可消除該影響。

6 結論

一般情況下，對于高碳、中碳鉻鐵等難溶試樣采用過氧化鈉高溫堿溶法分解試樣。本方法采用酸溶法對試樣進行消解比之前者，溶液總鹽度更低，溶樣過程簡單快捷，檢測的準確性和精密性達到要求，取得的總體效果令人滿意，可用于日常分析檢測。

[1]周桓．電感耦合等離子體原子發射光譜法測定高碳鉻鐵中Al和Ti[J]．天津冶金，2011（4）：59-61．

[2]湯蘭蘭，劉素祥．ICP法測定高碳鉻鐵中的鈦元素[J]．南鋼科技與管理，2010（3）：40-41．

Measurement of Titanium in High Carbon Ferrochrome with ICP-AES

YU Sheng,WANG Wei and XIN Shu-xia
(
Technology Center of Tianjin Pipe[Group]Corporation,Tianjin 300301,China)

The paper introduces the testing method for determination of titanium in high carbon ferrochrome by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry．During the test,a mixed solution of phosphoric acid and nitric acid was firstly added to dissolve high carbon ferrochrome and insoluble matters as carbide in the solution was dissolved by concentrated nitric acid．After cooling,an appropriate amount of water was added to dissolve the salt in the solution which was then diluted to graduation．The spectral intensity of titanium in the solution was measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry．Standard solution was prepared to establish a standard curve,which was used to calculate the content of titanium in the sample．This method for measuring the content of titanium in high carbon ferrochrome is accurate and precise,meeting the requirement of production inspection．

ICP-AES;high carbon ferrochrome;titanium

10．3969/j．issn．1006-110X．2014．02．030

2013-09-12

2013-10-12

于晟（1983—），男，工程師，主要從事化學濕法分析方面的研究工作。