石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定含鎳生鐵中五害元素

沈 華

(寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司， 上海 200431)

石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定含鎳生鐵中五害元素

沈 華*

(寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司， 上海 200431)

采用石墨爐原子吸收光譜法(GFAAS)直接測(cè)定含鎳生鐵中的砷、銻、錫、鉍、鉛，不需要基體分離，通過對(duì)石墨爐加熱程序中的干燥時(shí)間、灰化溫度及原子化溫度等的優(yōu)化，確定了儀器分別測(cè)定五個(gè)元素的最佳分析條件。同時(shí)本文采用混合酸溶解含鎳生鐵樣品，發(fā)現(xiàn)GFAAS方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)%<25%，方法回收率為94%-104%，結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

石墨爐原子吸收光譜法；含鎳生鐵；五害元素

含鎳生鐵主要來源于紅土鎳礦資源，因其成本低，目前已替代大部分不銹鋼廢鋼、純鎳和鎳鐵合金，成為不銹鋼冶煉的主要原料。不銹鋼中五害元素的存在會(huì)嚴(yán)重降低材料的機(jī)械性能，極易使不銹鋼的持久強(qiáng)度及塑性降低[1]，因此對(duì)含鎳生鐵中的五害元素檢測(cè)很有必要。目前，文獻(xiàn)報(bào)道的測(cè)定鋼鐵及其合金中的As、Sb、Sn、Bi、Pb的方法主要有可見分光光度法[2]、原子吸收光譜法、電化學(xué)分析法、萃取-石墨爐原子吸收光譜法[3-5]等。其中石墨爐原子吸收光譜法選擇性好，絕對(duì)靈敏度高，但存在背景高、受基體干擾嚴(yán)重等問題。本文通過對(duì)石墨爐加熱程序中的干燥時(shí)間、灰化溫度及原子化溫度等進(jìn)行優(yōu)化，不需基體分離，直接進(jìn)行測(cè)定，簡(jiǎn)化了檢測(cè)步驟，靈敏度和準(zhǔn)確度符合檢測(cè)要求。同時(shí)采用混合酸對(duì)含鎳生鐵樣品進(jìn)行溶解，效果好。該法已應(yīng)用于含鎳生鐵中五害元素的分析，經(jīng)標(biāo)樣對(duì)照分析獲得了滿意的結(jié)果。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 主要試劑與儀器

硝酸(優(yōu)級(jí)純)；鹽酸(優(yōu)級(jí)純)

As標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000μg/mL(10% HCL介質(zhì))為貯備液；

Sb標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000μg/mL(10% HCL介質(zhì))為貯備液；

Sn標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000μg/mL(10% HCL介質(zhì))為貯備液；

Bi標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000μg/mL(10% HNO3介質(zhì))為貯備液；

Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000μg/mL(10% HNO3介質(zhì))為貯備液；

10.00μg/mL和1.00μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液使用時(shí)用水稀釋而成；高純鐵。

美國(guó)PE公司AA-600 型石墨爐原子吸收光譜儀，備有HGA-500型石墨爐，AS-800型自動(dòng)進(jìn)樣器，PE帶平臺(tái)石墨管，純氬作保護(hù)氣體，空心陰極燈或無極放電燈作光源。

1.2 樣品處理

稱取250mg試樣于150mL石英燒杯中，加入4mL鹽酸、2mL硝酸，低溫加熱溶解，稀釋至100mL石英容量瓶中，混勻。同時(shí)做試劑空白。以備測(cè)定用。

1.3 測(cè)定方法

分別取一定量的空白溶液、標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品處理溶液于石墨爐專用杯中，測(cè)定0.00X%錫時(shí)加入基體改進(jìn)劑錫，按照儀器的設(shè)定條件，在石墨爐原子吸收分光光度計(jì)上采用自動(dòng)進(jìn)樣器依次測(cè)量空白溶液、標(biāo)準(zhǔn)溶液和試樣溶液中各元素的吸光度，從工作曲線上查得各元素的含量。

1.4 工作曲線的繪制

稱取5個(gè)250mg純鐵于150mL石英燒杯中，分別加入0.5，1.0，3.0，5.0，10.0mLAs、Sb、Sn、Bi、Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液(均為1μg/mL)，加入4mL鹽酸、2mL硝酸，以下按1.2.1進(jìn)行操作。

2 試驗(yàn)方法

2.1 溶解酸的選擇

含鎳生鐵中碳含量較高，待測(cè)元素的碳化物比較穩(wěn)定，采用鹽酸、硝酸組合不能將樣品完全分解。因此，本文選擇鹽酸:硝酸(3:1)15mL溶解0.5g試樣，溶樣過程中，加入高氯酸(5mL)、氫氟酸(1mL)，采用混合酸處理試樣，溶樣效果好。

2.2 基體改進(jìn)劑的應(yīng)用

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，采用原子吸收光譜法，不加任何基體改進(jìn)劑而直接測(cè)定含鎳生鐵中的Pb、Sb、As靈敏度較高、重現(xiàn)性較好，而Sn、Bi兩個(gè)元素重復(fù)性差、靈敏度較低。為此，分別對(duì)不同濃度的Pd(NO3)2、Mg(NO3)2、Ni(NO3)2、Pd(NO3)2+Mg(NO3)2(1:1)、Ni(NO3)2+Mg(NO3)2(1:1)等常用的基體改進(jìn)劑存在時(shí)，測(cè)定含鎳生鐵中的Sn、Bi。結(jié)果表明，基體改進(jìn)劑Pd(NO3)2和Mg(NO3)2均可改善GFAAS測(cè)定Sn、Bi的靈敏度和重現(xiàn)性，其中濃度1.00mg/mL的Pd(NO3)2效果最佳。其用量在5～15μL的范圍內(nèi)，GFAAS直接進(jìn)樣測(cè)定含鎳生鐵中的Sn、Bi可以得到較高而穩(wěn)定的吸光度和較低的背景。因此，選1.00mg/mL的Pd(NO3)2為基體改進(jìn)劑、用量10μL來測(cè)定Sn、Bi。

2.3 進(jìn)樣量的確定

在所選條件下，進(jìn)樣量在10～20μL的范圍內(nèi)，吸光度隨進(jìn)樣量的增加而增高。為獲得穩(wěn)定測(cè)定值和底背景，選定進(jìn)樣量為15μL。

2.4 升溫程序的設(shè)定

一個(gè)典型的石墨爐升溫程序至少包括4個(gè)步驟，干燥、灰化(熱分解)、原子化和清除。

2.4.1 干燥溫度及時(shí)間

干燥的目的是將樣品溶液中的溶劑趕走，干燥程序是否設(shè)定合適將會(huì)影響到測(cè)定吸光度的重復(fù)性和石墨管的壽命。為使待測(cè)元素與基體完全分離，采用多步斜坡升溫程序進(jìn)行干燥。

2.4.2 灰化溫度及時(shí)間

灰化步驟的目的是讓與測(cè)定元素共存的那些物質(zhì)在原子化階段到來前走掉，以免在原子化步驟對(duì)測(cè)定信號(hào)產(chǎn)生影響。經(jīng)試驗(yàn)確定灰化分兩步進(jìn)行：第一步灰化、不停氣，可以用氬氣通過載帶除去非測(cè)定物質(zhì)；第二步灰化、停氣，使石墨管溫度平衡，改善測(cè)定精度。

2.4.3 原子化溫度及時(shí)間

原子化步驟的作用就是將要測(cè)定的元素從離子或分子狀態(tài)變成為處于基態(tài)的自由原子，以便進(jìn)行光度測(cè)量。

2.4.4 清除溫度及時(shí)間

清除步驟的目的是要將此次測(cè)量中留下的分析物，樣品基體等去除掉，防止它們對(duì)下一次測(cè)量產(chǎn)生干擾。綜合上述因素，經(jīng)過大量試驗(yàn)各個(gè)元素的測(cè)定條件見表1。

表1 石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定條件

2.5 共存離子的干擾及消除

隨著石墨爐升溫程序的溫度不斷上升，大部分共存離子不產(chǎn)生干擾。基體元素Fe對(duì)砷、銻、錫、鉍、鉛的測(cè)定有影響，我們采用基體匹配法，即在標(biāo)準(zhǔn)溶液中添加與被測(cè)樣品同等含量的鐵元素進(jìn)行匹配，以此消除干擾。

3 結(jié)果與討論

3.1 方法的精密度

選取一份含鎳生鐵樣品，連續(xù)測(cè)定l1次，計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。從表2可以看出：本實(shí)驗(yàn)方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.33%～23.47%之間，精密度良好。

表2 測(cè)試結(jié)果的精密度

3.2 方法的準(zhǔn)確度

取含有五害元素的標(biāo)準(zhǔn)樣品GSBH40115-96-6兩份，其中一份樣品作為標(biāo)準(zhǔn)樣品，另一份樣品中加入規(guī)定含量的五害元素。對(duì)兩份樣品進(jìn)行前處理，按選定的工作條件采用原子吸收光譜法測(cè)量?jī)煞萑芤褐械母髟亍?biāo)樣測(cè)定結(jié)果及各元素回收率見表3。從表3可以看出，標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致，加標(biāo)回收率為96.0%～104.0%，準(zhǔn)確度高。

表3 標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定值和回收率

3 結(jié)論

(1)本文在對(duì)石墨爐加熱程序中的干燥時(shí)間、灰化溫度及原子化溫度等優(yōu)化的基礎(chǔ)上，不加任何基體改進(jìn)劑而直接測(cè)定含鎳生鐵中的Pb、Sb、As靈敏度較高、重現(xiàn)性較好；通過添加濃度為1.00mg/mL的Pd(NO3)2作為基體改進(jìn)劑，來提高Sn、Bi的檢測(cè)靈敏度和重復(fù)性，效果較好；運(yùn)用基體匹配法，即在標(biāo)準(zhǔn)溶液中添加與被測(cè)樣品同等含量的鐵元素進(jìn)行匹配，消除基體干擾。

(2)通過精密度試驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)方法五害元素測(cè)試相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.33%～23.47%之間，精度度良好；通過回收率試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致，加標(biāo)回收率為96.0%～104.0%，準(zhǔn)確度高；

(3)采用石墨爐原子吸收光譜法直接測(cè)定含鎳生鐵中砷、銻、錫、鉍、鉛的含量方法簡(jiǎn)便可行，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，能很好地為生產(chǎn)和原料驗(yàn)收服務(wù)。

[1] 陸世英.不銹鋼概論[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版，2013:1-229.

[2] 王海舟.高溫合金痕量元素分析[M].北京：科學(xué)出版社，2002：446-452.

[3] 郭興家，徐叔坤，李曉舟，等，萃取分離-石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定鐵鎳基高溫合金中砷、鉛、錫、銻、鉍[J].光譜學(xué)與光譜分析, 2006，26(6): 1167-1169.

[4] 孫漢文.原子吸收光譜分析技術(shù)[J].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1992：1-219.

[5] 沈 華. 電感耦合等離子光譜法測(cè)定含鎳生鐵中多元素[J].化學(xué)世界, 2015，56(6): 326-328.

(本文文獻(xiàn)格式：沈 華.石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定含鎳生鐵中五害元素[J].山東化工，2016，45(04)：56-58.)

Determination of Five Harmful Elements (As Sb Sn Bi Pb) in the Nickel Pig Iron by GFAAS

Shen Hua

(Baosteel Engineering Technology Service Co.,Ltd.,Shanghai 200431,China)

The direct way of measuring As, Sb, Sn, Bi and Pb in the Nickel Pig Iron by graphite furnace atomic absorption spectrometry (GFAAS) without basic separate was studied. By optimizing the dryness time, cineration temperature and the atomization temperature in the heating process of GFAAS, the best analysis condition of measuring 5 elements was obtained. It was found that by using mixed acid solution dissolving nickel pig iron samples, RSD% of the GFAAS method is less than 25%, which means that it is exact and reliable.

GFAAS;nickel Pig Iron;five harmful elements

2016-01-20

沈 華(1978—)，上海人，獲工程碩士，工程師，主要從事不銹鋼及其相關(guān)產(chǎn)品檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)室管理工作。

O657.31;TG115.33

A

1008-021X(2016)04-0056-03