ICP-OES法測定硅鈣合金中鐵含量的試驗研究

田小亭，王 凡，溫鐵麗，叢琳琳

(內蒙金屬材料研究所，內蒙古 包頭 014034)

硅鈣合金是一種較理想的復合脫氧劑、脫硫劑。硅鈣合金不僅脫氧能力強，脫氧產(chǎn)物易于上浮，易于排出，而且還能改善鋼的性能，提高鋼的塑性、沖擊韌性和流動性。硅鈣合金除脫氧和凈化作用外，還起孕育作用，有助于形成細粒或球狀石墨；使灰口鑄鐵中石墨分布均勻，降低白口傾向；且能增硅、脫硫，改善鑄鐵質量。

硅鈣合金中鐵元素檢測無國家標準或者行業(yè)標準，實驗室以重鉻酸鉀容量法檢測為主，此方法檢測周期長、操作繁瑣，不能更好更快地服務客戶。ICP法具有檢出限低、線性范圍寬、光譜干擾少、精密度好、檢測速度快等優(yōu)點[1]。

1 實 驗

1.1 實驗儀器

iCAP7400型全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國熱電；儀器控制軟件TEVA。

儀器主要參數(shù)：工作高頻27.12 MHz，輸出功率1150 W，冷卻氣流量16 L/min，輔助氣流量0.5 L/min，蠕動泵轉速 100 r/min，垂直觀察高度15 mm，霧化器壓力26 psi，積分時間：長波15 s，短波30 s。

1.2 實驗試劑

硝酸，ρ=1.42 g/mL；氫氟酸，ρ=1.15 g/mL；高氯酸， ρ=1.67 g/mL；鹽酸，ρ=1.19 g/mL；鈣基體溶液， 12 mg/mL：稱取3.0000 g碳酸鈣(純度99.9%)，置于100 mL燒杯中，加入20 mL水，滴加鹽酸到完全溶解，再加10 mL鹽酸，煮沸除去CO2，冷卻至室溫，移入100 mL容量瓶中，稀釋至刻度，混勻；鐵標準溶液，1000 μg/mL，直接購買。所用試劑均為分析純。

1.3 樣品溶液的制備

準確稱取0.1000 g，粒度不大于0.125 mm的試樣。隨同試樣做空白。將試樣置于200 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入 10 mL硝酸，滴加10 mL氫氟酸[2-6]，因反應劇烈，邊加邊搖動，至試樣溶解完全，加入5 mL高氯酸冒煙至近干，取下冷卻，用少量水沖洗杯壁，加5 mL鹽酸，加熱溶解鹽類，冷卻至室溫。將試液過濾至100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

1.4 工作曲線的配制

硅鈣合金硅為主含量，加氫氟酸，高氯酸冒煙，可消除其基體干擾[7-8]；鈣元素的干擾通過基體匹配進行消除，按照鈣含量30%進行基體匹配。

取2.5 mL鈣基體溶液于100 mL容量瓶中，加入鐵標準溶液，工作曲線濃度為20 μg/mL、40 μg/mL、60 μg/mL、80 μg/mL、120 μg/mL、140 μg/mL。

2 結果與討論

2.1 分析譜線的選擇

ICP靈敏度高，線性范圍寬，每個元素有很多條譜線，選擇合適的譜線非常重要，元素含量高的選擇低強度譜線，元素含量低的選擇高強度譜線。選取兩個硅鈣合金標樣，選取鐵元素四條分析線進行試驗，結果見表1。

表1 分析譜線試驗結果Table 1 Analysis of spectral line test results

由表1結果可知，低強度譜線239.562、240.488結果準確度低于高強度譜線259.940、238.204。考慮被測元素含量及準確度，選擇譜線259.940 nm作為分析譜線。

2.2 試樣分解研究

試樣的消解是成分分析檢測試驗的關鍵。按試驗方法分別加入不同比例的硝酸、氫氟酸、高氯酸、鹽酸對試樣的消解效果進行試驗。試驗結果表明硝酸用量10 mL、氫氟酸用量 10 mL、高氯酸用量5 mL，鹽酸用量5 mL、測定結果比較穩(wěn)定。溶樣時，加熱板溫度不宜過高，否則酸蒸發(fā)過快，試樣來不及消解完全，造成測試結果偏低。

2.3 稱樣量的研究

國標要求稱樣量是一個特定的值或者一個小區(qū)間的特定范圍。稱樣量小，有利于樣品的消解，但同時會導致所分析的樣品欠缺足夠的代表性；而稱樣量大，會增加消解酸的用量，且不利于樣品在酸溶液中的分散。在保證結果準確度的前提下，選擇合適的稱樣量即有利于樣品消解又有利于節(jié)能減耗。選取不同稱樣量對標樣進行試驗，結果見表2。

表2 稱樣量試驗結果Table 2 Results of sample weighing test

如表2所示，稱樣量不同測試結果基本一致。說明本實驗擬合的試樣分解方法不僅能充分滿足檢測員在稱樣時的稱樣量選擇度，而且還能滿足含F(xiàn)e量更高的硅鈣合金的檢測任務。但為了保證選樣的代表性，此處建議稱樣量選擇為0.1000 g。

2.4 分析譜線的線性方程、相關系數(shù)、線性范圍

選取鐵元素譜線259.940 nm，設定儀器工作條件，測定打底工作曲線，如圖1所示。

圖1 工作曲線Fig.1 working curve

由圖1可知，鐵元素相關系數(shù)在0.999以上，符合ICP的要求。曲線濃度超出120 μg/mL時，曲線略有彎曲，按照曲線走勢，超出最高點140 μg/mL時，不成線性，此方法最高可檢測Fe含量140 μg/mL，換算成質量分數(shù)為14%。

2.5 方法準確度及精密度

按照上述條件試驗的最優(yōu)方案，對硅鈣合金國家標準物質GBW(E)010295和GSB03-2197-2008進行驗證試驗，結果見表3。

表3 測試結果與標準值對照表Table 3 Table with the values specified in test results

由表3可知，兩個硅鈣標樣的十一組測定值與標準值最大誤差均不超過標準值的5%，準確度符合化學分析方法的一般要求。經(jīng)過計算GBW(E)010295和GSB03-2197-2008兩個標樣相對標準偏差分別為0.488%和0.289%，符合化學分析方法的一般要求，說明該試驗擬合的整套分析方法對于硅鈣合金中Fe元素檢測具有很好的應用潛力。

3 結 論

通過上述系列研究結果表明，準確稱量0.1000 g硅鈣合金樣品于聚四氟乙烯燒杯中，依該試驗方法消解樣品后，采用Fe的259.940 nm分析線，利用等離子體光譜儀能準確、快速的進行硅鈣合金中Fe含量的測定。同時該方法還具有操作簡易、線性范圍寬、準確度高、便于檢驗員操作的優(yōu)點。