微波消解-電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鈷鉻鎢系合金粉末中鐵、錳的含量*

盧超培，陳曉東，劉 標，覃永振

(廣東省科學院工業分析檢測中心，廣東 廣州 510650)

鈷鉻鎢(CoCrW)系合金粉末是一種重要的高性能涂層材料，可用于火焰噴涂、等離子噴涂、等離子噴焊以及各種裝備部件的表面強化和修復[1-3]。在鈷鉻鎢系合金粉末中，加入一定含量的Fe等合金元素可以改善涂層的韌性，而加入少量的(1%左右)Mn等元素則可以增加合金的流動性和抗高溫氧化性。因此準確測定鈷鉻鎢系合金粉末Fe和 Mn含量具有十分重要的意義。

目前鐵的測定方法主要有鄰二氮菲分光光度法[4]、磺基水楊酸分光光度法[5]、原子吸收法[6]、氧化還原滴定法[7]、電感耦合等離子體原子發射光譜法[8-9]等。錳的測定方法主要有原子吸收光譜法[10]和滴定法[11-12]、電感耦合等離子體原子發射光譜法[11]等。滴定法和分光光度法使用試劑較多，且流程長，分析過程較為繁瑣。原子吸收法不能同時對多元素進行測定，而電感耦合等離子體發射光譜法具有選擇性強、檢出限低、靈敏度高、精密度好、分析速度快、線性范圍寬，可用于同時測定多元素等優點。王丹等[9]電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鈷鉻鎢合金中鎢、鎳、鐵、釩，但該方法在操作上較為繁瑣，需要基體匹配，耗時較長。微波消解法具有操作簡便，升溫快，消解能力強，溶樣時間短等優點，而且在溶樣過程中可以更好避免揮發損失和樣品污染。本文介紹了以鹽酸+硝酸+氫氟酸為消解試劑、用微波消解—電感耦合等離子體發射光譜法測定鈷鉻鎢系合金粉末中鐵、錳含量的方法。其中鐵的測定范圍為0.50%～4.00%，錳的測定范圍為0.50%～2.00%。本方法操作簡便，能夠快速、準確測定鈷鉻鎢系合金粉末中鐵和錳的含量。

1 試驗部分

1.1 儀器及工作條件

ULTIMA-2型ICP-AES光譜儀。配置耐氫氟酸霧化裝置，儀器主要工作條件見表1。

表1 ICP-AES工作條件

Mars6型微波消解儀。儀器主要工作條件見表2。

表2 微波消解升溫程序

1.2 試 劑

鹽酸(ρ=1.19 g/mL),硝酸(ρ=1.42 g/mL)，氫氟酸(ρ=1.15 g/mL)，王水(V鹽酸:V硝酸=3:1)(用時現配)。

鐵標準儲備溶液(鋼鐵研究總院)：1000 μg/mL。鐵標準溶液：分別移取鐵的標準儲備溶液各10.00 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mL王水，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液1 mL含100 μg鐵。

錳標準儲備溶液(鋼鐵研究總院)：1000 μg/mL。錳標準溶液：分別移取錳的標準儲備溶液各10.00 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mL王水，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液1 mL含100 μg錳。

混合標準溶液：分別移取鐵和錳的標準儲備溶液各10.00 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mL王水，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液1 mL分別含100 μg鐵、錳。

試驗所用鹽酸、硝酸、氫氟酸均為分析純(廣州化學試劑廠)，試驗用水為二級水及以上純度的水。

1.3 試驗方法

將0.20 g試料(精確至0.0001 g)，置于微波消解罐中，加入10 mL王水和2 mL氫氟酸。置于微波消解儀中，按表2的消解程序對樣品進行消解。待試樣消解完全后，取下冷卻，轉移至100 mL塑料容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

分取10.00 mL上述溶液至100 mL塑料容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。在電感耦合等離子體原子發射光譜儀上，于選定的分析譜線處，測量試液及隨同試料空白溶液中各待測元素的發射強度。從工作曲線上查得各待測元素的質量濃度。

1.4 標準系列溶液的配制

取0 mL、1.00 mL、2.00 mL、5.00 mL、8.00 mL、10.00 mL混合標準溶液(100 μg/mL)于一組100 mL容量瓶中，加入1 mL王水，用水稀釋至刻度，混勻。此標準溶液系列中鐵和錳的質量濃度分別為0、1.00、2.00、5.00、8.00、10.00 μg/mL。

2 結果與討論

2.1 測定譜線的選擇

根據儀器的分辨率和靈敏度，以及合金粉末中鈷、鉻、鎢、鎳、鐵、錳、硅等元素之間的光譜干擾，結果見表3。

表3 鐵、錳元素譜線干擾情況

因此本文選擇鐵的測定譜線為259.940 nm，錳的測定譜線為279.482 nm。

2.2 樣品消解方法的選擇

按照試驗方法，分別在樣品中加入不同量的王水和氫氟酸，考察不同量的酸對樣品分解的影響。結果顯示，當樣品量為0.2 g，王水加入量為10 mL，氫氟酸加入量低于1 mL時，樣品分解不完全。當王水加入量為10 mL，氫氟酸用量大于等于2 mL時，樣品分解完全。因此本文選用王水加入量為10 mL，氫氟酸的用量為2 mL。

當消解溫度過低時，樣品較難消解完全。當溫度過高時，降溫時間較長，而且在實際操作過程中，會增加危險系數。因此對消解最高溫度和消解時間進行了探究，結果如表4所示。

表4 消解最高溫度和消解時間對結果的影響

因此本文選用的參數為最高消解溫度200 ℃，消解時間20 min。

2.3 基體鈷、鉻、鎢、鎳、硅對測定的影響

按照試驗方法，配制鈷、鉻、鎢、鎳、硅基體混合元素溶液，并加入鐵、錳元素進行測定，考察鈷、鉻、鎢、鎳、硅基體對測定元素在選定波長處的干擾情況。由于樣品中鈷最大含量為70%，鉻最大含量為35%，鎢最大含量為15%，鎳最大含量為15%，硅最大含量為3%，根據試驗方法的最大稱樣量，配制含鈷0.3 mg/mL、含鉻0.15 mg/mL、含鎢0.10 mg/mL、含鎳0.10 mg/mL、含硅0.02 mg/mL的溶液，加入2.00 mL待測元素混合標準溶液(100 μg/mL)，在選定的操作條件下測定。結果如表5所示。結果可看出，鈷、鉻、鎢、鎳、硅基體對鐵和錳的測定無影響。

表5 鈷、鉻、鎢、鎳、硅基體對測定元素的干擾

2.4 標準曲線和檢出限

在選定儀器條件下，于選定的分析譜線處，對標準系列溶液進行測定。分別以鐵、錳的質量濃度為橫坐標，發射強度為縱坐標，繪制標準曲線。在選定儀器條件下，按照試驗方法，對隨同試樣空白溶液連續11次測定，以11次測定結果標準偏差的3倍作為方法檢出限，結果見表6。

表6 標準曲線和方法檢出限

2.5 精密度試驗

通過計算相對標準偏差驗證方法的精密度。按照試驗方法，分別對不同梯度的樣品進行測定(n=11)，結果見表7。試驗結果表明，方法的相對標準偏差在0.39%～1.60%之間，精密度較高。

表7 鐵、錳的精密度試驗結果

2.6 加標回收試驗

按照試驗方法，分別對三組樣品(準確稱量0.2000 g樣品)做加標回收試驗，結果見表8。試驗結果表明，本方法的加標回收率在98.0%～105.3%之間。

表8 加標回收率

2.7 方法對比

按照試驗方法測定3號鈷鉻鎢系合金粉末樣品中Fe、Mn并與微波消解-原子吸收光譜法[6]測定結果對比，結果見表9。測定結果基本一致。

表9 方法對比結果

3 結 論

以鹽酸+硝酸+氫氟酸為消解試劑，用微波消解—電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鈷鉻鎢系合金粉末中的鐵和錳的含量。本方法的加標回收率在98.0～105.3%之間，相對標準偏差RSD在0.39%～1.60%之間，該方法精密度好、準確度高、操作簡單，能夠快速、準確測定鈷鉻鎢系合金粉末中鐵、錳元素。