ICP-AES法测定铸铁及低合金钢中4种轻稀土元素.pdf

采用稀王水溶样，使用电感耦合等离子发射光谱法（ICP-AES）测定钢铁及低合金中各稀土元素的分析方法，利用 ICP-AES 发射光谱仪，选择适宜的测试条件进行实验。实验结果表明，铁基体浓度不大于 1%时，基体效应不太显著；通过将基体浓度控制为 0.5%，即消除基体效应。本研究表明：工作曲线在 0.00050.05间线性良好，回收率为 88.88108.8，RSD 小于 15，本方法适宜对钢和铸铁中含量范围在 0.00050.05的稀土元素的测定。关键词：ICP-AES；铸铁；低合金钢；稀土元素作者简介：席姗姗（1989），女，陕西西安人，主要研究方向：冶金分析。稀土元素（RE）是重要的战略性元素，近年来对稀土元素分析测定的灵敏度要求越来越高。由于钢的冶炼控制、精炼技术水平和钢的洁净度不断提高，正确认识稀土在钢中的作用显得极为重要。稀土作为合金化元素，可以净化钢液、细化钢的组织、改变杂质物的性质、形态、和分布，因而能提高钢的各项性能，稀土在钢中的应用已有大量报道。添加稀土元素的钢以其高强度、耐蚀性、外观美观等优良特性，得到广泛应用，使其产量高速增长，在国际市场上竞争十分激烈咱1-2暂。目前已经证实，适量的稀土添加到钢中可以明显提高钢的整体耐腐蚀性能咱3暂。国内铁水预处理比为 23%左右，钢水精炼比为 21%左右。在绝大多数大中型钢厂低合金钢硫含量现状中，硫含量为 0.01%左右（天津钢管、宝钢及武钢除外），此数据仍然处于 20 世纪 70 年代末到 80 年代初的水平，而且特钢厂由于废钢质量不好，低合金钢硫含量也处于这一水平。现阶段，国内低合金钢的硫含量比国外高出数倍，仅用单一的钙处理方法是不够的，需要利用稀土处理工艺来彻底控制硫化物的夹杂形态。冶金传统的测定稀土总量的方法以湿法光度法和极谱法为主，但此法操作繁琐，且分析周期长。由于稀土元素性质相似、不易分离、操作复杂，所以很难测定稀土分量。现阶段，仪器分析法测定钢铁中稀土元素含量的检测标准有 JIS G12561997，AMD 22013 钢铁.X 射线荧光光谱分析方法，可以测定钢铁中 La、Ce、Pr、Nd轻稀土元素，测定下限0.002%，但 X 射线荧光光谱法分析样品时，要求样品直径尺寸大于 20mm，无法测定屑状样品；日标 JIS G12532002，AMD 12013 钢铁.火花放电原子发射光谱分析方法 只能测定钢铁中 La、Ce 稀土元素，且也无法分析屑状样品；GB/T 201252006 低合金钢多元素的测定 电感耦合等离子体发射光谱法 未包含测定稀土元素的内容。现有文献中有关于电感耦合等离子体质谱法测定低合金钢中 La、Ce、Pr、Nd、Sm 的报道，但其分析设备较为昂贵。另外，利用树脂分离电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）法测定稀土分量的方法，其分离过程较为繁琐咱4暂遥作者通过试验研究，发现可以采用一定比例盐酸、硝酸溶样，建立电感耦合等离子体光谱法测定铸铁和低合金钢中 La、Ce、Pr、Nd 轻稀土元素的方法咱5-9暂。本文采用 ICP-AES 法咱10-12暂分析低合金钢及铸铁中轻稀土元素的含量，并进行高纯铁粉打底消除基体干扰，选择合适的谱线能很好的减小元素间谱线重叠干扰，根据钢中轻稀土元素的含量范围，进行加标回收试验和精密度试验（n=11），测量结果可以满足分析要求，且方法简便快捷。1实验部分1.1仪器及工作条件SPECTRO GREENF 电感耦合等离子体发射光谱仪（德国 SPECTRO 公司生产），带耐氢氟酸系统。1.2 试剂La、Ce、Pr、Nd、Sm 稀土混合标准储备溶液（国家有色金属及电子材料分析测试中心）：100滋g/mL；HCl（籽 约表 1ICP-AES 工作条件蠕动泵泵速r/min30等离子体气体流量L/min15雾化气流量L/min0.8辅助气流量L/min0.8波长/nm163770.6RF功率/W130061冶金与材料第 43 卷为 1.19g/mL）：优级纯；HNO3（籽 约为 1.42g/mL）。1.3实验方法1.3.1样品处理称取 0.5000g 样品置于 100mL 钢铁量瓶中，加入20.0mL 稀王水（HNO3+HCl+H2O=65+200+735），于电热板上加热溶解，待完全溶解后，冷却，稀释定容。1.3.2标准溶液系列配置称取 0.5000g 高纯铁粉（逸99.99%）7 份于 100mL钢铁量瓶中，加入 20.0mL 稀王水（HNO3+HCl+H2O=65+200+735），在电热板上加热溶解，冷却，按表 2 浓度加入稀土元素混合标准溶液，用二级实验室用水定容。表 2标准曲线及各组分含量标准溶液编号STD 0STD 1STD 2STD 3STD 4STD 5STD 6STD 7元素La、Ce、Pr、Nd、SmLa、Ce、Pr、Nd、SmLa、Ce、Pr、Nd、SmLa、Ce、Pr、Nd、SmLa、Ce、Pr、Nd、SmLa、Ce、Pr、Nd、SmLa、Ce、Pr、Nd、SmLa、Ce、Pr、Nd、Sm浓度/滋g/mL00.050.10.250.51.02.05.02结果与讨论2.1分析谱线的选择根据各谱线位置和干扰的情况，确定各元素的分析谱线见表 3。表 3各元素的分析谱线元素LaCePrNdSm分析谱线姿/nm408.672418.660417.939401.225442.4342.2线性范围及检出限的确定按仪器工作条件对其进行测定，以各元素的质量浓度为横坐标，对应的发射强度为纵坐标绘制标准曲线，各元素的线性范围、线性回归方程和相关系数见表4 采集标准溶液系列中待测元素离子强度，绘制校准曲线，元素校准曲线的线性相关系数 r0.999，重复测定空白溶液 11 次，以 3 倍空白标准偏差确定各元素检出限，以 10 倍空白标准偏差确定测定下限，结果见表 4。表 4线性范围及检出限元素LaCePrNdSm线性范围p/%0.0010.100.0010.100.0010.100.0010.100.0010.10线性回归方程Y=0.0000001376X-0.006848Y=0.0000004781X-0.02348Y=0.0000005033X-0.03299Y=0.0000002699X-0.01351Y=0.0000003805X-0.01674线性相关系数0.99980.99940.99960.99940.9991检出限mg/L0.0060.0060.0060.0060.0062.3精密度和准确度试验按试验方法对各元素样品进行重复试验（n=11）及加标回收试验测定，计算相结果见表 5。3样品分析按照实验方法选取 3 个低合金钢标准样品，实验数据见表 6。从表中数据可以看出，本方法能同时测定表 5精密度及准确度试验结果加标量/m0.0050.020.0050.020.0050.020.0050.020.0050.02测定总量/m0.0069010.01450.0065450.01400.0070790.01470.0071190.01440.0070900.0143回收率/%92.01396.66787.26793.33394.38798.00094.92096.00094.53395.333测定值/m0.0093170.01020.01030.094920.009542元素LaCePrNdSm62第 8 期表 6不同检测方法对比数据统计表移RE/%测量值0.086标准值0.0900.036差值0.004样品名称35CrMoAlTiREGBW01145YSBC11517-93（204）La/%0.049Ce/%0.0170.0190.005Pr/%0.005Nd/%0.015低合金钢样品中 4 种轻稀土元素含量，且测量结果满足产品质控要求。4讨论（1）就干扰效应而言，如果产生的干扰是固定的，则属于固定的系统误差。可以设想一下，如果固定系统误差的干扰效应，它已经包含在加标前的测定值中，因为是固定系统误差，因此当加标后，干扰元素含量未变化，再进行测定时，干扰元素不再干扰在加标量的测定，回收率自然为百分之百。因此此时的回收率 100%并不意味着测定中不存在固定系统误差，只可以说对加标量值的测定不干扰，不存在随浓度而改变的相对系统误差。用回收实验的回收率%来评定测定的准确度，只适用于系统误差而随着浓度而改变的场合，而不能发现测定中的固定系统误差。如果要用回收实验的吸收率来检查系统误差，最好在工作曲线动态范围内的中间浓度、低浓度两个浓度点进行加标回收实验.（2）ICP-AES 测定单一稀土元素的主要优点在于分析灵敏度高，精密度好，线性范围宽，及有多元素连续或同时检测的能力。目前，ICP-AES 技术在稀土元素的痕量分析中获得了十分广泛的应用。应当指出，由于稀土元素的光谱线十分丰富，导致严重光谱干扰，尤其是在大量复杂基体存在的情况下。因而，光谱干扰成为痕量稀土分析中一个尚未完全解决的突出问题。5结论采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）测定铸铁及低合金钢中的稀土元素，方法简便，测定结果稳定可靠，灵敏度和准确度较高，分析结果和误差符合质量监控要求，可应用于实际生产中。参考文献1 孙阔.钛合金加工工艺技术初探 J.中国机械，2022，（3）：27-29.2翃贾，逯福生，郝斌.2019年中国钛工业发展报告 J.钛工业进展，2020，37（3）：33-39.3GB/T 3620.12016钛及钛合金牌号和化学成分 S.4GB/T 25242019海绵钛 S.5GB/T 4698.212019海绵钛、钛及钛合金化学分析方法 第21部分：锰、铬、镍、铝、钼、锡、钒、钇、铜、锆量的测定 原子发射光谱法 S.6SN/T 39102014海绵钛、钛及钛合金中锰、铬、镍、铝、钼、锡、钒、铜的测定 电感耦合等离子体发射光谱法 S.7YS/T 12622018海绵钛、钛及钛合金化学分析方法 多元素含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法 S.8 罗策，刘婷，白焕焕，等.YS/T 12622018海绵钛、钛及钛合金化学分析方法多元素含量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法 应用解析 J.中国标准化，2021，（11）：184-188.9ASTME29942016StandardTestMethodforAnalysisofTitani原umandTitaniumAlloysbySparkAtomicEmissionSpectrometryand Glow Discharge Atomic Emission Spectrometry（Perfor原mance-BasedMethod）S.10ASTME23712013StandardTestMethodforAnalysisofTita原niumandTitaniumAlloysbyDirectCurrentPlasmaandInduc原tivelyCoupled PlasmaAtomicEmission Spectrometry（Perfor原mance-BasedTestMethodology）S.11 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