ICP-OES測量錳鐵中的微量酸溶硼

陳雅琪

(四川省工業環境監測研究院,四川成都 610000)

ICP-OES測量錳鐵中的微量酸溶硼

陳雅琪

(四川省工業環境監測研究院,四川成都 610000)

設計實驗對硼的特征發射譜線加以選擇,以消除基體干擾,并將ICP-OES法與姜黃素法做對比分析,結果表明：硼的發射譜線λ=208.957 nm,不受錳鐵中其他共存元素干擾,檢出限為0.008μg/m L,該方法的測量結果與傳統姜黃素法所得的測量結果能夠很好地吻合。ICP-OES測量方法具有快速、準確的優點,在實際生產中用該方法分析檢驗錳鐵中酸溶硼的含量是可行的。

ICP-OES;錳鐵;微量酸溶硼

1 引言

錳鐵在鋼的冶煉中用作脫氧劑和合金添加劑,是用量最多的鐵合金。硼常被譽為鋼中的維生素,即使含量甚微也能對鋼的質量起到很大影響[1]。微量硼能成倍地增加鋼的淬透性,對增加鋼的硬度和抗張力,改善鋼的焊接性能等也有顯著的作用。因此,對錳鐵中硼的分析測定建立準確可靠的方法是很有必要的。

目前,硼的測定主要有甲醇蒸餾-姜黃素光度法、姜黃素直接光度法及次甲基藍-二氯乙烷萃取光度法等化學分析方法。這些方法步驟繁瑣,對實驗條件、操作人員要求很高,既費時又不經濟。而ICP-OES法以其檢出限低,靈敏度高,精密度好,動態范圍寬,集體干擾少等優點在現代分析中得到了廣泛應用。本實驗直接用ICP-OES法測定錳鐵中酸溶硼含量,通過背景扣除及譜線選擇來提高分析準確度和精密度。經回收率試驗和精密度試驗證明本方法簡便快速、準確可靠,能滿足錳鐵中的酸溶硼的分析測量需要。

2 材料與實驗方法

2.1 試劑

稀王水:HCl:HNO3:H2O=3:1:4

高氯酸(HCl O4)

稀鹽酸:HCl:H2O=1:1

高純硼酸:99.99%

高純鐵:99.99%

高純錳:99.99%

儀器工作氣體:氬氣99.99%

以上酸試劑均為分析純試劑;水為二次去離子水。

2.2 實驗器材

實驗所用移液管、量杯、容量瓶均為石英質,燒杯為四氟乙烯材料。

2.3 儀器及工作參數

2.3.1 測量儀器

Optima7000 DV全譜直讀電感耦合等離子體發射光譜儀(Perkin Elmer公司)

2.3.2 工作參數

射頻功率:1200 W;

等離子體流量:15 L/min;

輔助氣體流量:0.2 L/min;

霧化器流量:0.8 L/min;

蠕動泵:1.5 m L/min;

積分時間:10 s。

2.4 實驗步驟及方法說明

2.4.1 溶液的配置

(1)配制硼標準儲備溶液(1 mg/m L)

將高純硼酸于105℃烘干,干燥冷卻,稱取2.860 0 g,用水充分溶解,移入500 m L容量瓶中,定容,保存于塑料瓶中待用。

(2)制備高純鐵溶液(5 mg/m L)

稱取0.500 0 g高純鐵于150 m L四氟乙烯燒杯中,加稀王水20 ml于電爐低溫完全溶解,定容100 ml。

(3)制備高純錳溶液(5 mg/ml)

稱取0.500 0 g高純錳于150 m L四氟乙烯燒杯中,加稀鹽酸20 ml于電爐低溫完全溶解,定容100 ml。

2.4.2 試樣的制備

稱取待測試樣0.100 0 g于150 m L四氟乙烯燒杯中,加入稀王水10 m L,置于電爐低溫充分溶解;加入2 m L高氯酸冒煙,待溶液剩下約1 m L,取下稍冷;加入10 m L稀鹽酸,稍加熱,溶解鹽類至溶液清亮;定容100 m L;將溶液用中速定量濾紙過濾于四氟乙烯燒杯中,待測。

2.4.3 譜線選擇實驗

(1)吸取預先配制好的1 mg/m L硼標準儲備溶液1 m L,定容100 m L,制得10μg/m L硼標液。

(2)分別吸取10μg/m L硼標液1 m L、3 m L、5 m L、7 m L;定容100 m L,配制成濃度分別為0.1 μg/m L、0.3μg/m L、0.5μg/m L、0.7μg/m L的硼標液。

(3)假設以上硼標液是由0.100 0 g固體試樣制得,將其濃度換算為(wt%):0.01%、0.03%、0.05%、0.07%。

(4)以去離子水為空白。

(5)將以上一系列硼標液和空白分別在硼的特征發射譜線λ=249.772 nm和λ=208.957 nm處做空白和標樣測試,繪制標準曲線。

(6)分別吸取三份10μg/m L的硼標準溶液5 m L;其中兩份分別加入5 mg/m L高純鐵溶液2 m L、3 m L;將三份溶液定容100 m L;在硼的特征發射譜線λ=249.772 nm和λ=208.957 nm處檢測硼元素含量。

(7)分別吸取四份10μg/m L的硼標準溶液5 m L;其中三份分別加入0.5 mg/m L高純錳溶液14 m L、15 m L、16 m L;將四份溶液定容100 m L;在硼的發射譜線λ=208.957 nm處檢測硼元素含量。

2.4.4 回收率、精密度、方法比較試驗中標準曲線的繪制

(1)吸取預先配制好的1 mg/m L硼標準儲備溶液1 m L,定容100 m L,制得10μg/m L硼標液。

(2)分別吸取10μg/m L硼標液0.1 m L、0.3 m L、0.5 m L、0.8 m L、1.2 m L、1.5 m L;分別加入10 m L稀鹽酸;定容100 m L,配制成濃度分別為0.01μg/m L、0.03μg/m L、0.05μg/m L、0.08μg/ m L、0.12μg/m L、0.15μg/m L的硼標液。

(3)假設以上硼標液是由0.100 0 g固體試樣制得,將其濃度換算為(wt%):0.001%、0.003%、0.005%、0.008%、0.012%、0.015%。

(4)將10m L稀鹽酸定容100 m L做空白。

(5)將空白和以上一系列硼標液于λ=208.957 nm處做空白和標樣測試,繪制標準曲線。

3 結果與討論

3.1 譜線的選擇

PE公司的電感耦合等離子體發射光譜儀所配制的軟件Win Lab已在方法編輯器中給出一系列推薦的硼元素特征發射譜線。其中λ=249.772 nm最為靈敏,λ=208.957 nm則次之,詳見表1。

由表1可知,理論上λ=249.772nm是最為理想的硼元素測量波長,但它與鐵元素(240.488 nm)和錳元素(257.6 nm)的特征譜線都較為接近,可能會受到溶液中鐵離子和錳離子的干擾,而鐵、錳兩種元素是錳鐵中含量最大,極難蔽除的基體。為此,我們通過向純硼標準溶液中分別定量地加入高純鐵溶液和高純錳溶液來觀測溶液中的鐵離子和錳離子是否會對表1中的兩條譜線處硼元素的測量造成干擾。

3.1.1 鐵離子對硼元素測量的影響

配制一系列純硼+純鐵溶液,在249.772 nm和208.957 nm處測量硼元素含量。

操作方法見2.4.3。

測得結果見表2。光譜顯示見圖1～3。

表1 硼元素特征發射譜線參數

表2 含鐵溶液中硼元素的測量結果

圖1 溶液組份為B(0.05%)時的光譜顯示

圖2 溶液組份為B(0.05%)+Fe(10%)時的光譜顯示

圖3 溶液組份為B(0.05%)+Fe(15%)時的光譜顯示

由表2以及圖1～3可知:

(1)在λ=249.772 nm處,鐵離子對硼元素的測量有不可忽略的干擾作用。

(2)在λ=249.772 nm處,鐵離子對硼元素測量的干擾作用隨鐵離子濃度的變化而變化。

(3)在λ=208.957 nm處,鐵離子對硼元素的測量沒有干擾。

因此,盡管硼元素在λ=249.772 nm處的發射譜線最為靈敏,但它在測量鐵基試樣時是不適用的。

3.1.2 錳離子在208.957 nm處對硼元素測量的影響

配制一系列純硼+純錳溶液,在208.957 nm處測定硼元素含量。

操作方法見2.4.3。

測得結果見表3。光譜顯示見圖4～7。

表3 含錳溶液中硼元素的測定結果

由表3以及圖4～7可知:在λ=208.957 nm處,錳離子對硼元素的測量沒有干擾。

3.2 檢出限

以去離子水為空白,1μg/m L硼標液為標樣作標準曲線,測量試劑空白20次,以其標準偏差的3倍作為檢出限,得到λ=208.957 nm處硼的檢出限為0.008μg/m L。

圖4 溶液組份為B(0.05%)時的光譜顯示

圖5 溶液組份為B(0.05%)+Mn(70%)時的光譜顯示

圖6 溶液組份為B(0.05%)+Mn(75%)時的光譜顯示

圖7 溶液組份為B(0.05%)+Mn(80%)時的光譜顯示

3.3 相對回收率

用2.4.4所述方法繪制標準曲線;

用2.4.2所述方法處理已知硼元素含量的標準物質,并加入不同濃度的硼標液,進行相對回收率試驗。

測得結果見表4。

表4 硼元素回收率試驗結果(n=3)

3.4 精密度

對一個已知硼元素含量的標準物質進行精密度實驗,測得結果見表5。

3.5 與姜黃素法做對比

我們委托國家鋼鐵材料測試中心用姜黃素法測得一系列錳鐵樣品的硼含量;同時用2.4.2所述方法處理同樣的錳鐵試樣,并用ICP-OES法于λ= 208.957nm處檢測硼元素的含量;標準曲線的繪制如2.4.4所述。

其結果詳見表6。

由表6可知ICP-OES方法的測量結果與姜黃素法測量的結果基本一致。

4 結論

(1)在硼的特征發射譜線λ=249.772 nm處測量硼的含量,會受到共存鐵離子的干擾,不適用于鐵基試樣的測量。

表5 精密度實驗結果(n=10)

表6 姜黃素法與ICP-OES法測量錳鐵中硼含量的比較

(2)在硼的特征發射譜線λ=208.957 nm處測量硼的含量,不會受到其他共存元素的干擾,其檢出限為0.008μg/m L。

(3)用ICP-OES法在λ=208.957 nm處測量硼含量,操作簡便,快速高效、精密度良好,能夠取代傳統姜黃素法用于實際生產中的錳鐵中微量酸溶硼含量的測定。

[1] 鞍鋼鋼鐵研究所,沈陽鋼鐵研究院.實用冶金分析——方法與基礎[M].遼寧科學出版社,1990.

Determination of the Amount of Trace Acid-soluble Boron in Ferromanganese by ICP-OES

CHEN Yaqi
(Sichuan Province Academy of Industrial Environmental Monitoring,Chengdu 610041,Sichuan,China)

This investigation was aimed at using ICP-OES to determine the amount of trace acid-soluble B in ferromanganese,choosing the appropriate characteristic line of boron without effect of other coexistence elements,and making a comparison with the curcumin method.The results show that the emission line 208.957 nm of B can analyzing the amount of B without effect of other coexistence elements,and the detection limit is 0.008μg/m L.The comparison results show that the determination results of this investigation coincide with the curcumin method.The result of the amount of trace acid-soluble B in ferromanganese could be get precisely and rapidly by the analyzing method described.

ICP-OES,ferromanganese,trace acid-soluble boron

TG145

A

1001-5108(2017)01-0045-05

陳雅琪,分析化學工程師,主要從事冶金原輔料、金屬材料的化學分析工作。