電感耦合等離子體在測定硼鐵合金中硼、硅、鋁元素的應用

丁玉獻，孫英倫

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司 品質保證部，山東 濟南 271104）

硼屬于非金屬元素，在鋼中的成分含量很少，但實際對鋼的性能影響很大，硼的含量與鋼的硬度密切相關。最低限度加入硼7PPm已經可以增加鋼材的硬度，但當鋼中硼的含量超過50PPm時鋼材的硬度提升量并不大，因此準確檢測出硼鐵合金的成分對指導煉鋼爐前操作意義重大。目前在實驗室中最常用的測定硼鐵中硼的方法為國標堿量滴定法，但該方法敏度不是太高，方法較繁瑣，且硅鋁等元素還要進行分次檢測，費時費力，而利用電感耦合等離子體光譜儀（本文中簡稱ICP分析儀）能簡化分析流程，提高了分析速度和準確度。

1 試驗部分

1.1 主要儀器與試劑

1.1.1 主要儀器

美國熱電的iCAP 6300（電感耦合等離子體光譜分析儀）：RF發生器1150W，輔助氣體流量 0.5L/min，等離子體氬氣壓力0.6Mpa，沖洗泵速度100rpm，分析泵速度50rpm，垂直觀察高度15.0mm。

1.1.2 試劑

過氧化鈉（固體），鹽酸（優級純），硼鐵標準樣品。水為二級純凈水。

1.2 試驗方法

1.2.1 試樣預處理

稱取0.2000g試樣放入預先放有0.5g碳酸鈉的鎳坩堝中，先混勻，再添加覆蓋1g過氧化鈉，蓋上坩堝蓋，在電熱爐上加熱，將其烘至焦黃，再轉入700℃馬弗爐中，熔融5min后取出，稍冷，放入預先準備的好盛有100毫升水的聚四氟乙烯燒杯（250mL）中，使熔塊中的成分進入溶液中，用水洗凈坩堝，用（1+1）鹽酸調節至試液澄清，過濾到250mL容量瓶中，用蒸餾水洗滌濾紙和燒杯壁3~4次，先等溶液溫度降至室溫，再定容至標準刻度，人工晃動容量瓶，使溶液中的成分含量均勻分布。

1.2.2 測量液制備

移取1.2.1中制備好的溶液10mL于100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，待測。

1.2.3 校準溶液的制備

（1）按照2.2.1加入與試樣同量的試劑制備空白溶液。

（2）分別移取（1）中制備好的空白溶液10mL于6個100mL容量瓶中。

（3）分別移取1000μg/ mL Fe標準溶液5mL于（2）中盛有10mL空白溶液的6個100ml容量瓶中。

（4）準確移取1000μg/ mL B標準溶液10mL定容于100mL石英容量瓶中，混勻，此B溶液的標準濃度為100μg/ mL。

（5）分別移取（4）中B標準溶液0mL、5mL、10mL、14mL、16mL、20mL，按順序依次轉移至盛有10mL空白溶液和鐵標液的6個100mL容量瓶中。

（6）準確移取1000μg/ mLSi標準溶液10mL及1000μg/ mLAl標準溶液10mL定容于100mL容量瓶中，混勻。此混合標準溶液Si、Al濃度均為100μg/ mL。

（7）準確移取（6）中混合標準溶液10mL定容于100mL容量瓶中，混勻，此混合標準溶液Si、Al濃度均為10μg/ mL。

（8）分別移取（7）中混合標準溶液20mL 、16mL、14mL、10 mL、5mL、0mL按順序依次轉移至盛有10mL空白溶液、鐵標液及硼標液的6個100mL容量瓶中，定容，混勻。將此作為校準溶液。校準溶液各元素移取體積及含量見表1。

表1 校準溶液各元素移取體積及含量表

圖1 標準溶液各組別中硼、硅、鋁元素含量

1.2.4 測量

使用iCAP6300分析儀分別測量校準溶液和測量溶液，得到結果并分析。

2 結果與討論

2.1 分析譜線選擇

ICP分析儀新建譜線選擇中每個元素有多條譜線，為得到準確數據，需要篩選出最佳分析譜線，通過進行譜線干擾實驗，觀察子陣列圖譜峰圖，用標準樣品進行驗證試驗，綜合優化選擇每個元素的最佳分析譜線，確立了B、Si、Al的最佳分析譜線分別為：B 182.591、Si 288.258、Al 396.152。

2.2 精密度與準確度試驗

對硼鐵合金標準樣品GSBH42026、GSBH42025及試樣編號為M的硼鐵分別進行了6次分析測量，結果如見表2。

表2 精密度與準確度實驗（n=6） (%)

圖2 硼鐵合金標準樣品GSBH42026、GSBH42025的標準值與平均值

2.3 ICP儀器分析方法的局限性

（1）ICP分析儀其設備費用和操作費用相對較高，受水和氬氣的純凈度影響較大，氬氣消耗量大。

（2）樣品一般需預先轉化為溶液，有個別元素的靈敏度相當差。

（3）基體效應仍然存在，光譜干擾仍然不可避免。

（4）此外，在進行儀器分析之前，工序相對復雜，時常需要用化學方法對試樣進行預處理，同時需要用標準樣品校準曲線，很多標準樣品使用前必須采用化學分析方法對其含量進行標定（如鋁錳鐵）。

2.4 注意事項

（1）在過氧化鈉堿熔法熔融過程中，升溫過快易導致試劑濺出，要先將坩堝放在馬弗爐口相對溫度較低處，使試劑熔化，再移入馬弗爐700℃熔融5min即可。

（2）堿熔浸取后的溶液需要用鹽酸調至澄清，使溶液保持弱酸性，保證分析溶液pH 范圍為2-3，是最佳分析酸度。

（3）使用ICP分析儀前需進行預熱，點火前通5min的氬氣，保證實驗過程氣路穩定，分析樣品前進行預沖洗，以防上次使用儀器殘留的溶液干擾本次試驗結果的準確性。

2.5 結論

（1）堿熔融樣品能解決酸不溶硼問題，且溶解硅和鋁的效果也比酸溶好。

（2）堿熔劑用量實驗過程中，由于堿熔融制樣有大量鈉離子進入溶液，會直接導致溶液中鹽分偏高，為了不至于鹽分太高又能很好的溶解樣品，通過實驗確定了先放0.5g碳酸鈉，再覆蓋1g過氧化鈉進行熔融，浸取試劑，按照上述操作定容后分別取10ml溶液進行檢測，這樣效果更好。

（3）在本文選定的熔樣和分析條件下，通過多次實驗和實踐應用，結果表明使用本法測量硼鐵中B、Si、Al，方法簡便，結果準確，很好的滿足了分析檢驗和煉鋼生產的需要。