用基準硝酸鉀校準-惰氣熔融熱導法測定鐵合金中氮含量

商 英，張 彬，王彬果，張改梅，趙 靖

（河鋼集團邯鋼有限公司技術中心，河北 邯鄲 056015）

1 前言

惰性氣體熔融熱導法測定鐵合金中氮含量，具有操作簡單、檢測迅速、準確可靠等特點，被國內外廣泛采用。目前現行的標準中有國家標準和行業標準等［1-3］。由于標示氮含量的鐵合金標準樣品的品種不全，或者有時難以找到范圍合適的標準樣品，如果在校驗儀器時使用其他合金標樣，就會存在基體或含量范圍不一致的問題，不能滿足日常檢驗需求。方法的準確度直接依賴于標準樣品的可信程度，為了提高數據管控能力，保證測量結果的一致性和量值溯源性［4-5］，本實驗采用基準硝酸鉀來制備校準樣品，用惰性氣體熔融熱導法測定鐵合金中氮含量。針對產品研發和工藝研究部門提出的檢測需求，以氮含量較低的釩鐵標樣和電解錳、鈦鐵試樣作為待測樣品，開展了詳細的實驗，數據精密度和準確度結果滿意，能夠為生產冶煉、優化煉鋼工藝提供可靠的數據支持。

2 試驗部分

2.1 儀器和試劑

儀器：LECO TCH600型氧氮氫聯測儀。

輔料試劑：高純石墨坩堝（Φ13 mm×20 mm），錫囊（Φ5 mm×11 mm），鎳籃（Φ7 mm×11 mm），高純氦氣（總雜質質量分數＜0.000 5%），氧化銅（粒狀），無水高氯酸鎂（粒度為1.2～2 mm），氫氧化鈉（粒度為0.7～1.2 mm），玻璃棉。

校準物質：基準硝酸鉀。

2.2 試驗方法

用分析天平稱取一定量的試樣于錫囊中，壓緊擠出囊內空氣，包卷后放入鎳籃中，點擊天平或手動輸入重量，在選定的分析通道和測量條件下按程序進行測量。扣除空白值后，用氮的標準樣品校正工作曲線，儀器自動計算出試樣中氮的含量。

3 結果與討論

3.1 對校準樣品的討論

稱重在0.01～0.02 g 的釩鐵、電解錳、鈦鐵，氮釋放為50～150 個強度單位，而稱重0.01 g 硝酸鉀時，氮釋放達到5 000～10 000 個強度單位，因此采取放大輸入質量的方法測定氮含量，分析誤差也會相應增大。為使標準的量值滿足生產和校正儀器的需要，本實驗用硝酸鉀溶液來建立標準曲線。具體是將基準硝酸鉀配制成一定濃度的標準溶液，然后用微量移液器吸收移取，制成低、中、高含量形成梯度系列的氮校準樣品。

3.2 儀器分析條件

鐵合金熔點較高，氮的釋放較為困難，經過實驗確定了儀器分析條件：分析時間70 s；比較器水平2.00%；脫氣功率5 500 W；分析功率4 800 W。

3.3 助熔劑的選擇

采用錫囊包裹有利于避免粉末樣品的遺失或飛濺。為了完全釋放樣品中的氮，使用鎳作為助熔劑，以達到較高的分析溫度。將已裝填好試樣的錫囊嵌入鎳籃中，即共同使用錫囊與鎳籃作助熔劑時，試樣投放順利，氮的釋放完全，熔體光滑均勻。

3.4 空白試驗

按2.2 章節的試驗方法，以空錫囊和鎳籃作為空白試樣，進行5 次連續測定，取其平均值作為空白測定值，實驗中所有測定結果均已扣除空白值。

3.5 試樣用量

在分析鐵合金的過程中，稱樣量過多會導致燃燒不充分，氮不能完全釋放，稱樣量過少時缺乏代表性，而且稱量誤差對結果會造成很大的影響。考慮到鐵合金多數為耐熱合金，將稱樣量控制在0.01～0.02 g時，氮元素可以得到完全釋放，并且易于獲得穩定的分析結果。

3.6 硝酸鉀儲備液的配制

3.6.1 硝酸鉀標準溶液2 500 μg/mL

將基準硝酸鉀（質量分數＞99.9%）于100～105 ℃干燥2 h，置于干燥器中冷卻。稱取硝酸鉀1.8 046 g（精確至0.1 mg），溶于約50 mL 水中，移入100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，得到硝酸鉀標準溶液2 500 μg/mL。

3.6.2 硝酸鉀標準溶液50 μg/mL和250 μg/mL

從3.6.1 章節的標準溶液中分別移取2 mL 和10 mL至1#和2#100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，得到1#和2#硝酸鉀標準溶液，相當于氮的含量分別為50 μg/mL和250 μg/mL。

3.6.3 系列校準標樣的制備

用微量移液器從1#和2#硝酸鉀標準溶液中分別移取一定量硝酸鉀標準溶液（見表1）至錫囊中，于90～95 ℃干燥1 h，壓緊擠出囊內空氣，包卷后放入鎳籃中待用。

表1 系列標準溶液

3.7 校準儀器

測量校準標樣后選擇線性模式對儀器進行校正，得到校準曲線方程y=1.128 44x+0.005 018。

3.8 精密度試驗

在建立的分析方法和工作曲線基礎上，對有氮含量標示值的釩鐵標樣和鈦鐵、電解錳待測樣品分別進行8 次獨立測定，計算其相對標準偏差（如表2 所示），RSD＜5%，表明方法具有良好的精密度和重現性。

表2 鐵合金樣品分析結果 %

3.9 加標回收率實驗

以硝酸鉀作為底樣，分別加入電解錳和鈦鐵試樣來驗證方法的準確性。先從2#儲備液分別移取30 μL、50 μL各5個于錫囊中100～105 ℃干燥1 h，作為相當于氮含量0.075%、0.125%的底樣，再分別加入已測定氮含量的電解錳和鈦鐵樣品，計算氮的回收率。

如表3所示，加標回收率在98.2%～102.5%，以基準硝酸鉀制成的不同含量校準樣品作為參考物質建立分析方法和工作曲線，對電解錳和鈦鐵的測定值結果準確可靠。

表3 加標回收率實驗 %

4 結語

在惰性氣體熔融熱導法測定鐵合金中氮含量時，采用基準硝酸鉀校準及監控儀器，在缺少標樣的情況下，不僅能確保量值溯源性，而且能夠根據試樣的不同范圍制備適合含量的校正標樣。由于工作曲線穩定性好，在日常分析檢測時，一般只需進行驗證分析或漂移校正即可，而且校準樣品制備簡單，數據穩定，具有很好的準確度和精密度，可應用于日常分析檢測。