微波消解－電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP－AES）測(cè)定高速工具鋼中錳、磷、鎳、銅、鉻、釩

何小虎 甘日星 韋莉

（廣西冶金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，南寧530023）

0 前言

高速工具鋼是一種高碳高合金鋼，簡(jiǎn)稱高速鋼，俗稱鋒鋼，一般是以鎢、鉬、鉻、釩，有時(shí)還有鈷為主要合金元素的高碳高合金萊氏體鋼，通常用作高速切削工具。在物理性能方面具有紅硬性高、耐磨性好、強(qiáng)度高等特性，是作為制造性能要求高的模具、軋輥、高溫軸承和高溫彈簧等的理想材料［1］。高速工具鋼中錳、磷、鎳、銅、鉻、釩含量對(duì)其性能影響很大［2］，對(duì)它們分析的精度要求較高，目前對(duì)高速工具鋼的錳、磷、鎳、銅、鉻、釩檢測(cè)，生產(chǎn)上主要是采用容量法、分光光度法、原子吸收光譜法對(duì)各種元素分別進(jìn)行檢測(cè)，分析時(shí)間長(zhǎng)，操作繁瑣，難以滿足現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的要求。本文利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP－AES）對(duì)高速工具鋼的錳、磷、鎳、銅、鉻、釩同時(shí)進(jìn)行測(cè)定［3－7］。

高速工具鋼含有較高的鎢、鉻、釩，鎢高速鋼樣品的分解，一般采用堿熔或硫磷混合酸溶解，文獻(xiàn)中也多用此法分解樣品，再用ICP－AES法測(cè)定高速工具鋼中的元素。然而硫磷混合酸溶解對(duì)于ICPAES法測(cè)定，其粘度大會(huì)影響溶液的提升量，而且不容易洗脫，堿熔酸化后溶液鹽類濃度較大，也不利于ICP－AES法的測(cè)定。本方法采用微波消解儀消解樣品，在硫酸和氫氟酸介質(zhì)中，通過提高溶樣的溫度和壓力，高速工具鋼能夠完全分解，過量的氫氟酸以飽和硼酸溶液絡(luò)合，采用基體匹配法消除鐵基體等的影響，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP－AES）同時(shí)測(cè)定錳、磷、鎳、銅、鉻、釩。測(cè)定高速工具鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品，測(cè)定值與認(rèn)定值吻合，且方法簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確。本方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.55%～4.1%。加標(biāo)回收率為95.6%～114.8%。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作條件

MARS微波消解儀（美國(guó)CEM 公司）：采用Easy prep反應(yīng)罐；升溫時(shí)間：25 min；保持溫度：210℃；保持時(shí)間：20 min；冷卻時(shí)間：20 min。

IRIS Intrepid II全譜直讀等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國(guó)Ther mo Fisher公司）；高頻發(fā)生器（RF）功率：1 150 W；泵速：130 r/min；霧化器壓力：138 k Pa；樣品沖洗時(shí)間：20 s；長(zhǎng)波積分時(shí)間：10 s；短波積分時(shí)間：5 s。

1.2 試劑

高純鐵粉：質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99.99%。

飽和硼酸溶液：按7 g/100 mL水混合，然后加熱輔助溶解，取上清液。

Mn，P，Ni，Cu，Cr，V標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液（1 000μg/mL，國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心），使用時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液逐級(jí)稀釋成100μg/mL或50μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

鹽酸、硝酸、硫酸和氫氟酸均為優(yōu)級(jí)純，所有實(shí)驗(yàn)用水為二次去離子水。

1.3 工作曲線

準(zhǔn)確稱取0.100 0 g高純鐵粉分別置于5個(gè)微波消解罐中，依次加入2 mL硝酸，5 mL鹽酸，1 mL硫酸，2 mL氫氟酸，蓋好罐蓋后，將微波消解罐安裝好放入微波消解儀中，按工作條件進(jìn)行消解。微波消解儀完成消解后，取出微波消解罐，將微波消解罐中溶液移入預(yù)先加有8 mL飽和硼酸溶液的5個(gè)100 mL容量瓶中，按表1分別加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，加水稀釋至刻度，混勻。

表1 工作曲線Table 1 Series of standard solutions used for constructing working curves /（μg·mL－1）

在實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)工作曲線溶液進(jìn)行測(cè)定，Mn，P，Ni，Cu，Cr，V 工作曲線的相關(guān)系數(shù)均大于0.999 5。

1.4 試料處理

準(zhǔn)確稱取0.100 0 g試料置于微波消解罐中，依次加入2 mL硝酸，5 mL鹽酸，1 mL硫酸，2 mL氫氟酸，蓋好罐蓋后，將微波消解罐安裝好放入微波消解儀中，按工作條件進(jìn)行消解。微波消解儀完成消解后，取出微波消解罐，將微波消解罐中溶液移入預(yù)先加有8 mL飽和硼酸溶液的100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，按儀器條件測(cè)定。獨(dú)立地進(jìn)行兩次測(cè)定，取其平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶樣酸的選擇

高速工具鋼含有較高的鎢、鉻、釩。鎢的性質(zhì)穩(wěn)定，不易被單一的鹽酸、硝酸及王水分解，但它與高速工具鋼中錳、磷、鎳、銅、鉻、釩等元素一樣能在硝酸－氫氟酸中消解，因此溶樣酸選擇王水加上氫氟酸，加入硫酸的主要目的是提高微波消解時(shí)的溫度，但因?yàn)榱蛩嵴扯却螅瑫?huì)影響到儀器的進(jìn)樣，降低方法的靈敏度，所以硫酸的加入量選擇1 mL。另一方面過量的氫氟酸會(huì)腐蝕ICP－AES儀器的進(jìn)樣系統(tǒng)，不宜多加，所以氫氟酸加入量選擇為2 mL，并以飽和硼酸絡(luò)合過量的氫氟酸［8－9］。

2.2 分析譜線的選擇

高速工具鋼的主要基體為鐵，同時(shí)高速工具鋼也含有較高的鎢，故對(duì)本方法的測(cè)定有影響的主要是鐵和鎢兩元素。鎢元素對(duì)方法的影響，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著加入鎢量的增加，各待測(cè)元素的強(qiáng)度值沒有太大的變化，因此可以忽略鎢基體帶來的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 鎢元素的干擾Table 2 Interference of tungsten

在工作曲線系列溶液中加入等量的高純鐵，采用與試樣相同的介質(zhì)，可以消除鐵基體帶來的干擾。第二方面的干擾來自于光譜干擾，分析應(yīng)該選擇檢出限低、靈敏度高、干擾元素少、干擾程度低、線性范圍寬的譜線。本方法所選擇譜線見表3。

表3 各元素的分析譜線Table 3 The spectral lines of the elements /nm

2.3 方法的檢出限

對(duì)空白溶液連續(xù)進(jìn)行11次測(cè)定，測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為分析方法的檢出限，結(jié)果見表4。

表4 檢出限Table 4 Detection limits of the method /（μg·mL－1）

2.4 方法的精密度

為了驗(yàn)證分析方法的精密度，分別對(duì)上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了多次測(cè)定，結(jié)果見表5。

為了驗(yàn)證分析方法的精密度，分別對(duì)上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了多次測(cè)定，結(jié)果見表5。

表5 方法的精密度Table 5 Precision of the method（n＝5） /%

結(jié)果表明，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD值在0.55%～4.1%，說明精密度較好。

2.5 分析方法的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證分析方法的準(zhǔn)確度，我們分別對(duì)上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品加入各待測(cè)元素標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，按實(shí)驗(yàn)方法及選定的檢測(cè)條件作標(biāo)準(zhǔn)加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表6。

表6 方法的加標(biāo)回收率Table 6 Recovery of the method /（μg·mL－1）

方法的加標(biāo)回收率在95.6%～114.8%，說明該方法是準(zhǔn)確可靠的。

3 結(jié)語(yǔ)

采用微波消解法消解高速工具鋼，所用酸較少，能夠完全溶解樣品，測(cè)定其中錳、磷、鎳、銅、鉻、釩的含量，結(jié)果準(zhǔn)確，而且快速簡(jiǎn)便，減少了分析過程的繁瑣，并且對(duì)環(huán)境的污染少。

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