微波消解ICP等離子發射光譜法在分析鉻鐵化學成分中的應用

2015-09-04 09:26:28楊業伙朱立彥沈怡虹

中國鑄造裝備與技術 2015年1期

楊業伙，王輝，張弘，朱立彥，沈怡虹

（中國南車戚墅堰機車有限公司，江蘇常州 213011）

鉻鐵是鉻和鐵組成的鐵合金，鉻鐵含鉻量一般在50%～75%,主要用作煉鋼或鑄鐵中鉻的合金加入劑。目前鉻鐵中鉻的測定主要采用國家標準方法—過硫酸銨氧化滴定法和電位滴定法（GB/T4699.2-2008），該法需要大量的試劑，操作繁瑣、耗時長。ICP等離子發射測定法雖已有很多報道，但前處理方式主要采用硫磷混酸及碳酸鈉、過氧化鈉熔融。硫磷混酸溶樣由于密度、粘度較大，對表面張力的影響較大，進而影響等離子霧化器的霧化效果。為了達到完全破壞試樣中的碳化鉻，使鉻全部溶解到溶液中，必須在冒硫磷酸煙的時候不斷滴加硝酸破壞其中碳化鉻。由于硫磷酸冒煙時溫度達300 ℃以上，而硝酸的沸點只有100 ℃多，所以滴加硝酸時存在爆沸的風險（如油中滴入水一樣），這樣不但會引起試樣損失，還存在一定安全隱患。此外，磷酸的加入將無法對P和Si進行聯測。碳酸鈉、過氧化鈉熔融，需進行熔解、加熱浸出、酸化、濃縮等處理，操作繁瑣、耗時，且加入大量的鈉鹽使ICP等離子體的火焰冒長，會引起火焰“飄尾”，影響測量的精密度。本文使用微波消解進行前處理，利用ICP進行測定有效解決了上述問題，對精密度和準確度進行了驗證，結果均比較滿意。

1 實驗部分

1.1 儀器及工作條件

（1）ICP 光譜儀

美國TJA公司IRIS Advantage ER/S全譜直讀等離子光譜分析儀包含四通道蠕動泵，玻璃同心霧化器、旋流霧化室、棱鏡及中階梯光柵二維色散系統、電荷法射式固體檢測器（CID）、計算機及數據處理系統。

工作參數：RF頻率27.12 MHz，霧化氣壓27×6.894×10-3MPa，RF功率1 150 W，冷卻氣流量14 L/min，蠕動泵轉速100 r/min，輔助氣流量0.5 L/min。積分時間：短波段（170～265 nm）10 s ；長波段（265～1 000 nm）5 s。

（2）MARS微波消解儀（美國CEM公司）

工作條件：一般1～2個罐子功率選擇400 W；3～5個罐子功率選擇800 W；6個以上功率選擇1600 W。

1.2 主要試劑

氬氣：純度 99.99%、硝酸（GR）、鹽酸（GR）、硫酸（AR）、高氯酸（AR）、硼酸（AR）、氫氟酸（AR）、去離子水。

1.3 分析試樣的配制

準確稱取0.1 g試樣于微波消解罐中，通過大量試驗，分析不同混酸、不同儀器參數對試樣的消解效果，最終確定使用鹽酸、硝酸、硫酸、高氯酸混酸9 ml，其配比為（3：2：2：2），再加 5 滴氫氟酸。消解儀參數：功率設置1 600 W，消解溫度220 ℃，達到該溫度后保持消解30 min。溶解后溶液清澈透明，冷卻后加入10 ml飽和硼酸絡合過量氫氟酸，用蒸餾水定容、搖勻，稀釋10倍作為待測溶液。

1.4 標準物質的配制

標準物質完全按試樣配制過程進行，標準物質含量見表1。

表1 標準物質元素含量

2 結果分析與討論

2.1 分析譜線的選擇

因采取基體匹配的方式，因此只考慮光譜干擾和背景干擾。在儀器的譜線庫中，每一種元素都有多條譜線，根據樣品的元素種類和背景狀況等條件，首先進行多條譜線的掃描，再根據譜線的強度大小、背景和干擾情況，結合峰形、標準化線及多次曝光變異情況，我們最終選擇無譜線干擾2 677.16 nm進行分析。通過背景扣除消除背景干擾，積分位置及背景設置見圖1。