微波消解-电感耦合等离子发...测定磷生铁中硅、锰、磷含量_张丹丹.pdf

年第 期总第 期铁 合 金：作者简介 张丹丹 女，年 月出生，年硕士毕业于郑州大学无机化学专业，高级工程师。目前从事金属材料及其制品的化学分析检测工作。：。收稿日期 微波消解电感耦合等离子发射光谱法测定磷生铁中硅、锰、磷含量张丹丹刘哲（中钢集团郑州金属制品研究院股份有限公司 河南郑州）摘 要 建立了微波消解电感耦合等离子体发射光谱仪测定磷生铁中硅、锰、磷含量的方法。在 样品中加入 硝酸（）、盐酸（）、水，按微波消解程序消解样品，冷却后，用水定容到 。以硅、锰、磷为分析谱线，采用铁基体匹配消除铁的干扰。结果表明，硅、锰、磷的检出限分别为、。家实验室使用标准样品进行验证，测定值与认定值一致，相对标准偏差（，）不大于。关键词 磷生铁 微波消解 电感耦合等离子体发射光谱法中图分类号 文献标识码 文章编号（），（，），（），（），（，），前言磷生铁因其良好的导电性能、黏结强度、耐磨性及流动性等特点，用于电解铝阳极组装件的重要浇筑材料及地铁等机车闸瓦，磷生铁质量的好坏直接影响产品的物理性能，所以磷生铁化学成分的准确快速测定具有十分重要的意义。笔者采用微波消解技术，结合电感耦合等离子体发射光谱法对磷生铁的成分分析开展研究。目前，对于生铁、铸铁类产品的检测标准主要采用 国 家 标 准 系 列、，。其中 系列多为湿法分析，操作步骤繁琐，检测效率低，且试剂消耗量大；虽为电感耦合等离子体发射光谱法，但是样品前处理方法为湿法分析，硅与其他元素需要分别单独消解，单独上机检测，具有一定的局限性。微波消解技术具有消解能力强，酸消耗量少、空白值低、可避免挥发损失等优点，近年来结合电感耦合等离子体发射光谱仪进行检测，被广泛应用于各行业。然而，微波消解结合电感耦合等离子体发射光谱应用在磷生铁成分检测上报道较少，磷生铁中碳、硅、磷较高，在微波消解的高温高压过程中易造成硅酸脱水，导致硅含量检测结果偏低，使用氢氟酸消解则会对后续的光路系统有损害。笔者选用盐酸、硝酸，采用合适的酸度进行消解，确保消解完全且硅酸不析出，结合电感耦合等离子体发射光谱仪的检测条件，对磷生铁中硅、锰、磷元素进行测定，本方法的准确度和精密度均满足要求。试验部分 仪器及工作条件 微波消解仪（意大利）：具有自动调节功率功能，配置有 消解内罐，消解条件如表 所示。表 中仪器功率为设定功率，实际功率根据升温过程设置可自动调节。表 微波消解条件 步骤功率 升温时间 温度 等离子体发射光谱仪（美国安捷伦）：功率 ；等离子体流量：；辅助气流量：；雾化器流量：；泵速：；观测方式：径向；观测高度：。试剂 高纯铁，质量分数大于。硝酸，约 ，稀释体积比为。盐酸，约 ，稀释体积比为。硅标准储备液（），；锰、磷标准储备液（、），；试验用水为二级水。试验方法 样品处理称取 样品（精确至 ），置于聚四氟乙烯消解罐中，加入 硝酸（），待剧烈反应后，加入 盐酸（），水，置于微波消解仪中，按照设定条件进行消解。消解后，取出，转移至 容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，过滤。校准曲线的绘制称取 高纯铁，置于聚四氟乙烯消解罐中，加入 硝酸，待剧烈反应后，加入 盐酸，水，置于微波消解仪中，按照设定条件进行消解。消解后，取出，转移至 容量瓶中，加入硅、锰、磷系列标准溶液（），用水稀释至刻度，混匀。结果与讨论 微波消解方法的选择 消解酸种类的选择据文献报道，对于生铁类样品的消解用酸常为盐酸、硝酸、氢氟酸、高氯酸、硫酸等，其中高氯酸和硫酸一般在常压下消解使用，微波消解为高温高压环境，应考虑到高氯酸和硫酸在微波消解中具有危险性；氢氟酸消解硼酸络合可避免高温高压下硅酸脱水析出硅胶，但操作步骤繁琐。所以本方法选用盐酸、硝酸进行消解测试。消解过程的选择为避免消解过程中反应剧烈，局部压力过大导致泄罐。本方法采用常温下先与稀硝酸初步反应，再用稀反王水微波完全消解的方式进行。即先加入稀硝酸，于常温下剧烈反应后，再加入盐酸、水转移至微波消解仪进行消解。消解后观察内罐盖无液体泄出。消解酸浓度的选择本方法分别考察了稀硝酸（硝酸水、）共 种酸度下的消解效果，发现硝酸水为 时即刻反应最剧烈，初步反应释放的 气体较多，选用硝酸水为 为初步消解用酸度。在盐酸的加入量上，本方法分别考察了盐酸硝酸比例为、条件下的消解效果，发现反王水的消解效果要好于王水，反王水消解后的黑色残渣最少，残渣颗粒最细，选用盐酸硝酸为铁 合 金 年 的微波消解用酸。在总酸度的选择上，本方法使用的是 消解罐，液体总体积控制在 左右，分别考察了混合酸体积为 、下的各元素光谱强度，试验结果发现，随着混合酸体积的增大，锰、磷的光谱强度逐渐增大，硅的光谱强度呈现先增大后减小的趋势，时光谱强度最大，分析可能是酸量大于 时，有部分硅胶析出，导致硅检测结果偏低。背景干扰及消除采用基体匹配法，消除基体铁对待测元素的干扰，制备标准曲线时，分别称取 高纯铁打底，保证了校准曲线的基体与待测溶液一致。通过加入相同量的试剂，使用仪器自带的扣背景校正功能，消除等离子体或溶剂引入的干扰。分析谱线的选择分析谱线的选择直接影响检测结果的准确性。本方法根据 等离子体发射光谱仪的检测结果，选择径向观测方式，选择灵敏度高、光谱强度高、稳定性好的谱线，本试验选择的分析谱线是 、。校准曲线的线性、检出限对系列标准曲线进行光谱仪检测，各元素的浓度如表 所示，实验结果表明标准溶液的线性相关系数均大于。在仪器最佳工作条件下，对空白溶液重复测定 次，以 次测定结果标准偏差的 倍作为检出限，检出限如表 所示。准确度及精密度试验按照本实验方法，对 个标准样品（编号为：机 字 号、表 各元素检出限（）（）元素分析谱线 线性范围 检出限、），由 家实验室（中钢集团郑州金属制品研究院股份有限公司、浙江省特种设备科学研究院、江苏澄信检验检测认证有限公司、宝山钢铁股份有限公司、海检检测有限公司、安捷伦科技（中国）有限公司）进行方法准确度、精密度验证，准确度结果如表 所示，精密度结果如表 所示，试验结果表明，本方法具有较好的准确度和精密度。表 准确度结果（）（）元素样品编号认定值 测定值 机字 号机字 号表 精密度结果（）（）元素样品编号测定值 平均值 ，机字 号，第 期张丹丹等 微波消解电感耦合等离子发射光谱法测定磷生铁中硅、锰、磷含量 元素样品编号测定值 平均值 机字 号，结论本测定方法采用微波消解前处理磷生铁样品，样品消解完全且硅含量无损失，结合电感耦合等离子体发射光谱法同时测定磷生铁中硅、锰、磷三个元素，操作安全简单，准确度高，人为操作误差小。通过系列试验得到最佳试验条件，试验结果表明：本试验方法稳定可靠，准确度和精密度均符合要求，能够取得良好的测定效果，方法准确、快速、周期短、成本低、污染小，适用于磷生铁的多元素同时测定，值得推广。参考文献 靳文军，任必军伊川铝厂阳极组装新型磷生铁配方的研究轻金属，（）：宗庆云，任成伟关于地铁车辆制动系统关键技术的分析与探究科技风，（）：系列，钢铁及合金化学分析方法 ，生铁及铸铁 铬、铜、镁、锰、钼、镍、磷、锡、钛、钒和硅的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法 方红，杨晓兵 法测定生铁中硅锰磷的研究理化检验化学分册，（）：杨丽蓉，于媛君 同时测定生铁或铸铁中的多元素鞍钢技术，（）：杨忠梅，何玉田 法测定生铁中锰和硅冶金分析，（）：王振坤，李异微波消解电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高碳铬铁中硅磷冶金分析，（）：徐玉宏，张静微波消解分光光度法测定土壤中的全硼中国环境监测，（）：周西林，董萍微波消解分光光度法测定硼铸铁中的硼分析实验室，（）：李艳杰，王志成微波消解 法测定高铬铸铁中多种元素一重技术，（）：朱贤学，沈玉力微波消解丁二酮肟沉淀分离返滴定法测定含镍生铁中镍冶金分析，（）：铁合金杂志投稿须知 一、铁合金杂志简介铁合金杂志系国家科委、国家新闻出版总署批准公开发行的科技期刊（双月刊），由吉林铁合金股份有限公司主办。本刊是我国铁合金行业具有一定权威性的专业技术期刊，是集权威性、学术性、实用性为一体的学术期刊。本刊曾连续多年入选为中国科技论文统计源期刊。本刊宗旨是交流技术，传播信息，促进我国铁合金工业的技术进步。主要介绍我国铁合金工业及其相关行业的生产技术、科学试验、理论研究、经营管理、市场信息，工艺、产品、设备的开发与更新，质量监督以及环境保护与综合利用、元素检测等方面的经验成果，并及时报道国内外先进技术和发展动态。为进一步办好铁合金杂志，更好的为我国铁合金工业及广大读者服务，我们热诚欢迎国内外广大科技工作者、高校师生踊跃投稿，诚恳希望各单位领导予以大力支持，积极推荐优秀文章。二、稿件要求稿件应文字清楚（中英文均可），术语准确，数据可靠。中文论文一般不超过 字，综述为 字左右；英文论文字数与中文相当。投稿时请采用电子邮件形式，如文中图表用专业软件（、电子图板等）编辑，应将原文件也一同邮发。手写稿亦可。投英文稿件者，应同时附 份中文对照件，以便于审阅。文中图表规整、清晰；计量单位一律采用中华人民共和国法定计量单位。正文前应有中、英文摘要（写出目的、方法、结果和结论）和关键词。中文摘要不少于 个汉字，英文摘要不超过 字。文中和文后的参考文献请按规定标注，书写清楚。非公开的出版物请勿引用。参考文献录入格式如下：（）期刊序号作者题名刊名，年，卷（期）：起止页码；（）图书序号作者题名版次（初版不写），出版地：出版者，年，起止页码；（）专刊序号作者专刊名称，专利号，出版日期；（）学位论文序号作者，学位论文题目，学位名称，单位名称，年份；（）会议录、论文集、论文汇编序号析出文献作者析出文题名编者论文集名称出版地：出版者，版年析出文献起止页码；（）电子文献序号作者，文题名电子文献出处或可获得地址，发表或更新日期 引用日期。对于基金等资助的项目，请注明省部级以上基金名称和项目编号。来稿需经本单位同意发表，刊出文稿将提供给有关光盘出版编辑部不另付作者稿酬，如作者不同意提供，请在投稿时声明，否则视为同意。编辑部对来稿及时进行处理，本编辑部收到稿件后将先后发出收稿通知和录用通知，编辑部对来稿有删修权，不同意删修的稿件请来函声明。文章刊出后及时赠送作者样刊。本刊稿件从收稿至刊登，一般不超过三个月。作者在三个月内不见录用通知，可将稿件另投他刊（在此之前，请勿一稿多投）。三、作者简介来稿需注明作者的姓名、单位、详细地址、联系电话及第一作者简介（姓名、出生年月、性别、毕业学校、所学专业及毕业时间，学历、职称、从事的主要工作及电子邮件地址和联系电话等），以便联系。四、联系方式地 址：吉林省吉林市昌邑区和平街 号铁合金编辑部邮 编：联系人：袁萍（部长）手 机：电话 传真：、邮 箱：，铁 合 金 年