ICP-OES法測定高錳鋼襯板中錳含量

田小亭，王 凡，溫鐵麗，張 磊

(內(nèi)蒙金屬材料研究所，內(nèi)蒙古 包頭 014034)

高錳鋼襯板是用來保護筒體，使筒體免受研磨體和物料直接沖擊和磨擦，同時也可利用不同形式的襯板來調(diào)整研磨體的運動狀態(tài)，以增強研磨體對物料的粉碎作用，有助于提高磨機的粉磨效率，增加產(chǎn)量，降低金屬消耗。利用Mn元素使鋼S曲線的“鼻尖”右移及Ms、Mf線下移的特性，通過1000～1050 ℃長時間保溫后強制冷卻而獲得的全奧氏體組織，這種全奧氏體組織具有加工硬化的性能。它用作球磨機襯板，旨在通過磨球及磨料對襯板的撞擊來達到其加工硬化的效果。

高錳鋼襯板中錳元素檢測以電位滴定法和硫酸亞鐵銨容量法為主[1]，電位滴定法需要購置電位滴定儀，成本較高；硫酸亞鐵銨容量法用的試劑較多，廢液需要送到專門機構(gòu)進行處置，兩種方法檢測周期長、操作繁瑣，不能更好更快地服務客戶。相比而言，ICP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[2-9]。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

BLUE型全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀,德國斯派克。

儀器主要參數(shù)：工作高頻27.12 MHz，輸出功率1250 W，冷卻氣流量15 L/min，輔助氣流量1.00 L/min，霧化氣流量0.80 L/min，蠕動泵轉(zhuǎn)速30 rpm，樣品提升量2.00 mL/min，預沖洗時間15 s，分析時間45 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；高純鐵，鐵含量≥99.98%，錳含量≤0.001%；高錳鋼國家標準物質(zhì)YSBC11316-1994，YSBC11397-2010；錳標準溶液(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樣品，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，低溫加熱，加 5 mL鹽酸，加熱溶解完全，冷卻轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中。如有不溶殘渣，滴加2 mL氫氟酸，加入5 mL高氯酸冒煙至近干，取下冷卻，用少量水沖洗燒杯壁，加5 mL鹽酸，加熱溶解鹽類，冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

1.4 工作曲線的配制

高錳鋼襯板中鐵元素為主含量，稱取6份0.1000 g高純鐵，按照1.3試驗方法溶解，分別轉(zhuǎn)移至工作曲線容量瓶中，做到基體匹配，消除干擾。加入錳標準溶液，工作曲線濃度為25 μg/mL、50 μg/mL、100 μg/mL、150 μg/mL、200 μg/mL。

2 結(jié)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，每條譜線干擾元素都不同，選擇合適的譜線非常重要。選取兩個高錳鋼標準物質(zhì)YSBC11316-1994和YSBC11397-2010，選取錳元素四條分析譜線進行試驗，結(jié)果見表1。

表1 分析譜線試驗結(jié)果

由表1結(jié)果可知：譜線257.611 nm測定值與標準值最接近，誤差最小，參照GB/T223.4-2008標準規(guī)定允差0.076%，考慮錳元素準確度及譜線干擾，選擇譜線257.611 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試驗的關(guān)鍵。按1.3試驗方法分別加入不同比例的硝酸、鹽酸、氫氟酸以及高氯酸對試樣的消解效果進行試驗。試驗結(jié)果表明硝酸用量10 mL、鹽酸用量 5 mL、氫氟酸用量2 mL、高氯酸用量5 mL，測定結(jié)果比較穩(wěn)定。試樣消解時，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，造成分析結(jié)果偏低。

消解狀態(tài)以試樣被分解成濕鹽狀為最佳。消解完畢后，補加5 mL鹽酸溶解鹽類，與此同時也能達到試樣酸度大致統(tǒng)一的目的，從而使帶標準樣品進行的檢測分析數(shù)據(jù)更加具有說服力和進行更好的檢測質(zhì)量控制。

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(jié)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。選取高錳鋼標準物質(zhì)YSBC11397-2010進行不同稱樣量試驗 ，結(jié)果見表2。

表2 稱樣量試驗結(jié)果

由表2結(jié)果可知：在上述稱樣量范圍內(nèi)，錳含量的測定結(jié)果均不超出允許誤差0.076%(參照GB/T223.4-2008)，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，而且還能滿足錳含量更高的高錳鋼襯板的檢測任務。考慮到環(huán)保和節(jié)能，稱樣量選擇0.1000 g。

2.4 分析譜線的線性方程、相關(guān)系數(shù)

選取錳元素譜線257.611 nm，設(shè)定儀器工作條件，測定純鐵打底工作曲線，如圖1所示。

圖1 工作曲線

由圖1可知：鐵基體溶液打底的錳元素相關(guān)系數(shù)在0.999以上，符合ICP的要求。在工作曲線下運行多遍空白，計算方法檢出限為0.205%。

2.5 干擾試驗

高錳鋼中鐵和錳為主含量，鐵基體對錳元素發(fā)射強度有影響，且對強度的增感或抑制是同時存在的，配置工作曲線時加入鐵溶液消除基體干擾。雜質(zhì)元素硅含量居多，溶解時加氫氟酸，高氯酸冒煙可以消除硅元素的干擾。其余雜質(zhì)元素含量很低，干擾可以忽略不計。

2.6 樣品分析

按照上述條件試驗的最優(yōu)方案，對兩個高錳鋼標準物質(zhì)YSBC11316-1994和YSBC11397-2010平行測定11次，結(jié)果見表3。

表3 測試結(jié)果與標準值對照表

續(xù)表3

由表3結(jié)果可知：兩個高錳鋼標準物質(zhì)YSBC11316-1994和YSBC11397-2010錳含量誤差均在國家標準允許誤差內(nèi)0.076%(參照GB/T223.4-2008)。計算11組測定結(jié)果，兩個鎳鐵標準物質(zhì)YSBC11316-1994和YSBC11397-2010相對標準偏差分別為0.259%，0.273%。符合化學分析方法的一般要求。

3 結(jié) 論

通過上述系列研究結(jié)果表明，準確稱量0.1000 g高錳鋼襯板樣品于聚四氟乙烯燒杯中，依該試驗方法消解樣品后，采用錳波長257.611 nm分析線作為最佳譜線，利用等離子體光譜儀能準確、快速的進行高錳鋼襯板中錳含量的測定。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。