ICP法测定As元素的研究.pdf

南钢科技与管理2023年第2 期ICP法测定As元素的研究孙闯！马明明2(1.科技质量部；2.水厂）摘要：文章采用ICP光谱仪对钢铁中的As元素进行分析。通过样品的消解试验、选择谱线试验、优化分析条件试验以及低含量分析试验，确定该方法对As元素分析的适用性，并确定最佳分析条件。实验结果表明ICP的最优操作条件为：雾化器压力30 psi,RF功率10 5 0 W。低含量元素As的实际测试结果表明：不同种类的钢铁在元素含量不同基体比较复杂的情况下，用标准加入法来检测得到的检测结果精确度较低，通过定量加入纯标液，提高谱线强度，得到的检测结果，精确度大幅提升。关键词：AsIICP光谱仪低含量分析Research on Determination of Element As by ICPSUN ChuangMAMingming(1.Sci-tech and Quality Department;2.Water Plant)Abstract:In this article,an ICP spectrometer was used for the analysis of the element As in the steel.The applicabilityof this method to the analysis of element As and the optimal analysis conditions were determined through the sample di-gestion test,spectral line selection test,analysis condition optimization test and low content analysis test.The experi-mental results show that the optimal operating conditions for the ICP are:nebulizer pressure of 30 psi and RF power of1050 W.The actual test results of the low-content element As indicate that:as different types of steel have different ele-ment contents and the matrix is relatively complex,the accuracy of the detection results obtained by the standard addi-tion method is low.By quantitatively adding pure standard solution,the spectral line can be improved in intensity andthe accuracy of the test results obtained is greatly improved.Keywords:As,ICP Spectrometer,Low-content Analysis前言低熔点元素As残留于钢铁材料中会对材料的性能有较大影响，如降低钢铁的冲击韧性和抗拉强度、增加钢铁的脆性及形成严重的偏析现象等,是钢铁材料中常见的有害低含量元素。因此，对As元素的准确检测成为了研究重点，但As元素分析的国家标准方法均采用湿法分析，存在分析周期长、分析效率低，不能满足生产现场大量样品的快速分析的要求。从2 0 世纪以来，国内钢铁企业从国外大量引进光谱仪，使得我国钢铁分析从化学分析发展到仪器分析。目前主要的分析方法有分光光度法 2-3辉光放电原子发射光谱法 4-5 】、原子吸收光谱法 6-7 荧光光谱法 8-9、ICP分析法 10-12 、催化极谱测定 13、直读光谱法 14、氢化物发生-电感耦合等离子体原子发射光谱法 15 等。其中ICP法具有检出限低、准确度高、线性范围宽等优点，在生铁到成品钢以及所有原材料的As元素测试方面得到了广泛的应用。62023年第2 期南钢科技与管理1实验部分1.1实验仪器与参数采用的仪器为：IRISIntrepidII X SP 型电感耦合等离子原子发射光谱仪，选择的谱线是As189.042（17 7）和As193.759（17 3）。分析条件为：泵速：100rpm;RF功率：115 0 W；雾化器压力：2 8 psi/30psi;铺助气流量：0.5 L/min；积分时间：Uv、30 s；线性范围:0 0.0 2%。1.2材料与试剂实验中采用硝酸、盐酸、氢氟酸、高氯酸；纯标As等元素的标准溶液采用国家钢铁材料测试中心（钢铁研究总院）提供的标准溶液稀释得到，As浓度为20g/mL;采用高炉渣标准样品（鞍钢钢铁研究所研制的标准样品）；铁矿石标准样品（武钢技术中心所研制的标准样品）；材字2 5 2 滚珠轴承钢标准样品（上海材料研究所研制的标准样品）。1.3实验方法称取0.2 0 0 0 g高炉渣样品4份，经（10 ml盐酸+1ml硝酸+3mlHF酸+3ml高氯酸）酸溶解完全后，转移入10 0 ml容量瓶。分别加入纯标As:0ug、10 u g、20 ug,30 ug。2实验结果与讨论2.1样品的消解试验在样品的消解方面，从生铁到成品钢（稀酸溶样）以及所有的原材料（浓酸溶样）,用ICP光谱仪测试已经拥有成熟的技术。对每一类样品的消解，我们都有对应的方法。而这些方法用在As元素的测试上同样适用。2.2选择谱线试验试验选择的分析条件为：泵速：10 0 rpm;RF功率：115 0 W；雾化器压力：2 8 psi;铺助气流量：0.5 L/min；积分时间:Uv、30 s。试验分析现象：称取0.2 0 0 0 g高炉渣样品份，经(10ml盐酸+1ml硝酸+3mlHF酸+3ml高氯酸）酸溶解完全后，转移人10 0 ml容量瓶。分别加人纯标As:0 ug、10 u g、2 0 u g、30 u g，来进一步试验。通过试验得到的分析结果如下表。表1的实验结果表明，在其他分析条件和试验物基体保持一致的前提下，随着被测元素浓度的增大，谱线的强度在增大，而背景信号值却没有明显的变化。从而可以判断，虽然基体比较复杂，但在试验物基体保持一致的情况下，这两条线都可以用于对As元素的定量分析。表1谱线选择实验的分析结果As 189.042(177)As 193.759(173)浓度信号背景信背比信号背景信背比Oug2.542.5317.336.831.0710ug6.462.552.5312.766.891.8520ug10.762.654.0618.556.992.6530ug14.882.685.5524.056.963.452.3优化分析条件试验2.3.1雾化器压力优化从表2 的实验结果可以看出，随着雾化器压力的增大，As元素谱线信号在逐步减弱，减弱程度相对较小,同时背景强度也在减弱，但减弱的程度较大，而信背比随着雾化器压力的增大在逐渐增大。从信背比这个角度来看，雾化器压力在32 psi为最佳操作条件。2023年第2 期南钢科技与管理表2雾化器压力优化实验结果雾化器压力/0.2 0 0 0 g铁矿石As189.042(177)As193.759(173)加10 ug标液，进10 0 ml量瓶信号背景信背比信号背景信背比24 psi5.023.341.58.726.161.4226 psi4.933.231.538.635.981.4428 spi4.833.021.68.475.651.530 spi4.642.831.648.165.31.5432.spi4.451.812.467.874.981.582.3.2RF功率优化从表3的实验结果可以看出，随着RF功率的增大，谱线信号在逐步增大，同时背景强度也在同步增大，而信背比在减小。从信背比这个角度来看，RF功率在95 0 W为最佳。表3RF功率优化实验结果雾化器压力/0.2 0 0 0 g铁矿石As189.042(177)As193.759(173)加10 ug标液，进10 0 ml量瓶信号背景信背比信号背景信背比950W3.081.751.765.643.381.671050W3.792.191.736.804.191.621150W4.482.691.667.925.011.581250W5.213.211.629.225.971.541350W5.953.751.5910.547.011.50考虑到所分析的元素的含量比较低，谱线的信号强度还是很重要的因素，所以我们综合考虑把雾化器压力设为30 psi,RF功率设为10 5 0 W，为最佳优化分析条件。2.4低含量元素As的分析试验2.4.1标准加人法实验结果通过试验总结出分析条件为泵速：10 0 rpm;RF功率：10 5 0 W；雾化器压力：30 psi；铺助气流量：0.5 L/min；积分时间：Uv、30 s；线性范围：0 0.0 2%；以上条件的综合选择为优化仪器分析条件到最佳。As含量较高的样品，比如0.0 1%以上，由于信号强度比较大，受基体的影响明显减小，得到的结果精确。而As含量较低的样品，受基体的影响较大，得到的结果无法保证。称取0.2 0 0 0 g高炉渣标准样品4份，经酸溶解完全后，转移入10 0 ml容量瓶。分别加人纯标As：0ug、10 u g、2 0 u g、30 u g，得到的分析结果如下表4。表4标准加入法结果加人浓度As 189.042(177)As 193.759(173)0 ug-0.01110.506410ug0.37961.04220ug0.81281.57530 ug1.1612.108结果%0.00010.0047由表4的实验结果可知，在基体比较复杂的情况下，用标准加人法来检测所得到结果，数据偏82023年第2 期南钢科技与管理差较大，很不理想。两条谱线的结果不一致。2.4.1.1计算回收率分析条件同上。曲线范围0 0.0 2%，基体基本一致。称取0.2 0 0 0 g高炉渣样品4份，经酸溶解完全后，转移人10 0 ml容量瓶。分别加人纯标As:0ug、10 u g、2 0 u g、30 u g,（理论值：X、0.0 0 5%+X、0.0 1%+X 0.0 15%+X）当未知样品分别检测其As元素的百分含量，得到的分析结果如表5。表5回收率计算结果As189.042(177)As193.759(173)加人浓度结果%均值%回收率%结果%均值%回收率%0 ug0.0012X/0.001X/10 ug0.0069920.00658420 ug0.01240.00231010.01260.002310330ug0.01771030.0177103从表5 的回收率计算结果可以看出，对于低含量而言，虽然两条谱线的测试结果很接近，但结果有偏低的现象。而通过加入纯标后，提高了谱线的分析强度，信背比得到了改善,其结果的可信度和精度也相应的提高。从两条谱线的分析回收百分率和样品的分析结果来看都是比较理想的。所以对基体比较复杂的低含量样品用计算回收率来检测的方法可行。从表中能看出，回收百分率为92%和8 4%。加人量在0.0 1%比较理想2.4.1.2标样验证分析条件同上，以含As钢铁标样做线，曲线范围为0.0 0 5%0.0 2 6%。称取0.5 0 0 0 g材字2 5 2 滚珠轴承钢（上海材料研究所研制的标准样品）4份，经酸溶解完全后，转移人10 0 ml容量瓶。分别加人纯标As：0 u g、2 5 u g、5 0 u g、7 5 u g。当未知样品分别检测其As元素的百分含量，得到的分析结果如表6。表6标样验证实验结果As189.042(177)As193.759(173)加人浓度材字2 5 2 滚珠轴承钢材字2 5 2 滚珠轴承钢（上海材料研究所研制的标准样品）（上海材料研究所研制的标准样品）/理论值测定值计算值平均值理论值测定值计算值平均值Oug0.00%0.0043X/0.00%0.0044X25ugX+0.0050.00930.0043X+0.0050.00940.004450ugX+0.0100.01410.00410.0042X+0.0100.01420.00420.004375ugX+0.0150.01910.0041X+0.0150.01930.0043从表6 的实验结果可以看出，以材字2 5 2 滚珠轴承钢（上海材料研究所研制的标准样品），标准值是0.0 0 4%。两条谱线的计算平均值和实际测量值以及标准值都非常的吻合。3结论（1）通过选取采用ICP光谱仪可以应用于普碳钢、低合金钢以及生铁，还有高炉渣、电炉渣、转炉渣92023年第2 期南钢科技与管理和铁矿石中的As元素化学检测（2）通过采用ICP光谱仪来分析，选取最佳分析条件，可以得到一个比较理想的分析结果。(3)对于不同种类物料中低含量As元素的分析，通过定量加人纯标液，提高谱线强度，可以得到准确、高效的分析结果。此法有效消除钢中共存元素对测定结果的干扰，方法准确，快速简便，稳定性好，满足炼钢生产的需要。参考文献：1洗爱平，张盾，王仪康.钢中残余元素及其对钢性能的影响 J.钢铁，1999，34(10）：6 4-6 8.2王玉标，赵化章.用赤霉素作新还原剂还原砷钼杂多酸分光光度法测定钢铁中微量砷 J.中国科学技术大学学报，1997，2 7(3）：12 4-12 8.3徐其林.氢化物分离-砷锑钼蓝分光光度法测定微量砷 J.冶金分析,198 7，7(5)：6 3-6 4.4郑善峰，吴长浩.应用发射光谱法测定钢中砷、锡、铅、锑、的含量 J一重技术，2 0 0 4（3）：37-39.5张翔辉，宋立伟，赵宇.钢中砷、铅、锑、锡的辉光放电原子发射光谱分析 J.冶金分析，2 0 0 5，2 5（5）：32-34.6王丽晖，严永茂，赵改丽等.塞曼效应石墨炉原子吸收法测定铬镍钢中痕量砷和硒 J.兵器材料与工程，2007,30(4):67-69.7郑承平.原子吸收光谱分析法测定As、Sn、和SbJ.检查与测量,2 0 10(4)：2 7-2 9.8杨惠玲，杜天军，唐静等.氢化物发生-原子荧光光谱法分析钢铁中的微量砷 J.化学分析计量，2 0 0 9，18(5):41-44.9曾勤.氢化物发生-双道原子荧光光谱法同时测定钢中砷和 J.分析测试技术与仪器，2 0 0 8，14（1)：23-25.10王松.电感耦合等离子体质谱法测钢铁中As、Sn、Sb、BJ.检查与测量，2 0 13(1)：39-42.11剑侠.ICP-AES法测定普碳钢和低合金钢中As、Sn、P b、Sb、Bi J.冶金分析，2 0 0 5，2 5(2）：6 5-6 8.12陈安明.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定碳钢及生铁中痕量砷锑铋锡铅 J.冶金分析.2 0 0 7，2 7(3):68-70.13关长胜，肖文达，肖春芳等.钢铁中微量砷的催化极谱测定 J.冶金分析，198 8，8（4）：47-48.14 米泽宇.直读光谱法测定钢中的Pb、A s、Sn、Nb的研究 J.世界科技研究与发展，2 0 0 3，2 5（3）：7 2-7 7.15张伟东，周春丽，李建梅等.氢化物发生-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钢中微量砷、锑、铋.理化检验-化学分册，2 0 12，48（10）：116 1-116 3.