ICP—AES法測定硫鐵中Ti元素含量

王莉娜等

摘 要：利用ICP-AES法測定硫鐵中Ti元素含量，對儀器的各項工作條件，如等離子體功率、霧化氣流量和觀測高度等進行優化，確定了最優的Ti元素含量分析條件，該方法回收率在101～102%，相對標準偏差小于5%。此方法還對鋼材中其他金屬元素含量分析具有較好的參考意義。

關鍵詞：ICP-AES法；硫鐵；鈦元素分析

1 前言

硫在鋼材中一般被認為是有害元素之一，可引起鋼的熱脆性，降低鋼的焊接性能。但現代研究表明，在硅鋼等特種鋼煉制過程中添加硫元素能夠顯著提升鋼材的切削性能及機械力學性能。鈦在鋼中的夾雜物主要是碳化鈦、氮化鈦及碳氮化鈦顆粒。由于這些顆粒會在晶界處析出，會鋼的延展性變差[1]。且在特種鋼的軋制過程中，造成邊裂等缺陷，從而嚴重影響特種鋼的成材率。因此為減少含鈦夾雜物的數量，應從源頭上嚴格控制合金原料中Ti的含量。現階段，硫鐵中Ti元素含量一般采取分光光度法進行分析，但該方法過程復雜，尤其在測定低含量的Ti時分析誤差較大，難以滿足生產要求。

電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-AES法）是近年來發展起來的一種新型分析測試方法，其主要利用電感耦合等離子炬焰作為光源，可大大縮短分析時間，同時測定結果檢出限低、精密度好，廣泛應用于鋼材中各類金屬元素含量的分析。

2 實驗部分

2.1 儀器及參數設置

光譜儀：ICAP6300型電感耦合等離子體原子發射光譜儀（Thermo Fisher Scientific，美國）；

ICP工作條件：功率：900W；冷卻氣流量：13.0L/min；輔助氣流量：0.75L/min；霧化器流量：0.60L/min；觀測高度：10mm；測定波長：Ti 334.941nm；蠕動泵泵速：50rpm。

2.2 實驗試劑

硝酸：優級純，ρ=1.42g/mL；

鹽酸：優級純，ρ= 1.19g/ mL；

氫氟酸：優級純，ρ= 1.15g/ mL；

高氯酸：優級純，ρ= 1.67g/ mL；

硫酸：優級純，ρ= 1.84g/ mL。

100μg/mL鈦標準溶液配制：稱取0.1668g二氧化鈦基準物質置于400mL燒杯中。加入2-5g硫酸銨，40-50mL硫酸。蓋上表面皿，加熱溶解，，冷卻。移入盛有 450mL水的燒杯中。用硫酸（1+9）定容至1000mL。

20μg/mL鈦標準溶液配制：移取20mL鈦標準溶液（100μg/mL）于100mL容量瓶中，定容搖勻，備用。

2.3 實驗過程

2.3.1 樣品處理

稱取0.2000g試樣置于300mL的聚四氟乙烯燒杯中，用少量水潤濕，分次加入5mL鹽酸，低溫加熱至無明顯反應。加入5mL硝酸，3mL氫氟酸低溫加熱至試樣分解，然后加入5mL高氯酸，加熱并冒高氯酸煙至近干，取下稍冷，用少許水吹洗燒杯壁，加入5mL鹽酸和30mL水，加熱溶解鹽類，冷卻至室溫，移入100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

2.3.2工作曲線的配制

分別稱取6份0.1400g純鐵粉（Fe≥99.98%）于6個300mL的聚四氟乙烯燒杯中，按照樣品處理方法操作，移入100mL容量瓶中。然后，分別移取0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0mL鈦標準溶液（20μg/mL）于100mL容量瓶中，定容搖勻。進行ICP分析，繪制鈦工作曲線。

3 結果與討論

3.1 參數優化

ICP-AES分析實驗涉及的影響因素主要集中在儀器工作參數的選擇上。其優化內容包括：發生器功率、工作氣體（冷卻氣、輔助氣、載氣）流速、霧化進樣速度和觀測高度。其中發生器功率、載氣流量和觀測高度是影響分析信號的關鍵因素。分析單一元素時，優化工作條件通常以獲得最佳信背比為依據[2]。因此，本次實驗主要對發生器功率、載氣流量和觀測高度進行優化。

1、高頻發生器功率的選擇

發生器功率與信背比的關系，實驗結果發現：功率增大時，放射強度增強，隨著背景強度也增強，發射功率超過一定水平時，其背景強度會以更高的比例增加。雖然功率增加有利于改善測量的精度，但隨著功率的增加，信背比下降。過高的背景對檢出限不利，。而功率過大容易燒壞炬管，功率過小又會影響原子或離子的原子化程度[3]。所以，選定發射功率為900W。

2、霧化氣的選擇

分別調整霧化氣流量0.30-0.9L/min，霧化氣流量在0.60 L/min時，信背比最佳。因此，設定0.60L/min為電感耦合等離子體發射光譜儀工作時的霧化氣流量。

3、觀測高度的選擇

調整觀測高度8.0-14.0mm，信背比隨著觀測高度的增加而增加，到10mm時趨于平緩。因此，儀器觀測高度選用10mm。

3.2 準確度實驗

由于目前國內外沒有硫鐵標準樣品，因此本次實驗采用硫鐵1#樣品進行實驗，并委托鋼鐵研究總院進行比對分析。

按照樣品處理方法對硫鐵1#樣品進行處理，然后使用ICP光譜儀測定，可知：實驗結果與鋼鐵研究總院分析結果一致，說明該方法準確度好。

3.3 回收率實驗

對硫鐵1#樣品進行加標回收率實驗，分別稱取六份樣品，其中三份加入4mL的 Ti標準溶液（20μg/mL），然后按照樣品處理方法對硫鐵1#樣品進行處理。樣品溶解后定容于100mL容量瓶中進行分析。

加標回收率= （加標試樣測定值-試樣測定值）÷加標量×100%

利用該公式計算加標回收率，本次實驗所測結果加標回收率控制在101%-102%，回收率較好，說明本實驗干擾因數少，分析結果準確可靠。

3.4 精密度實驗

分別稱取10份硫鐵1#樣品于聚四氟乙烯燒杯中，按照樣品處理方法進行樣品前期處理，使用ICP光譜儀進行測定。可知：硫鐵1#樣品10次實驗結果的相對標準偏差均較小（小于5%），證明該方法具有較好的精密度，實驗過程穩定可靠。

4 總結

論文確定了硫鐵溶酸方法，并確定了ICP光譜儀的最佳發生器功率、載氣流量及觀測高度，通過與鋼鐵研究總院所得結果進行對比發現實驗結果一致。特別地，精密度實驗中，10次實驗結果的相對標準偏差小于5%。說明本實驗結果的準備性良好，實驗過程穩定。加標回收率實驗中回收率結果在99%-102%之間，進一步驗證了測量結果的可靠性。

參考文獻

[1] Oztur B.， 吳瓊. 在Fe-Ti-C-N合金中形成夾雜物的熱力學[J]. 釩鈦， 1991， 5： 60-65.

[2] 梁偉. 電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-AES）的分析和干擾機理研究[D]. 廣州： 中山大學， 2007， 1-79.

[3] 陳安明. 電感耦合等離子體發射光譜法測定低合金鋼中痕量硼[J]. 理化檢驗-化學分冊， 2007， 43（8）： 644-646.

作者簡介

王莉娜（1986-），女，河北省張家口市，漢族，助教，碩士，化學分析檢測。