西宁特殊钢股份有限公司,青海省冶金产品研究与开发重点实验室 青海西宁 810005
摘要：钢中钙元素主要以氧化物夹杂的形式存在，对钢材机械性能有一定影响，钙含量高低也成为评价高品质特殊钢的一个隐形指标，铁路货车轴承套圈用G20CrNi2MoA渗碳轴承钢钙含量有较高的控制要求；同时，快速准确测定钢中钙元素含量，对特殊钢冶炼炼有效控制钙含量，降低钢中夹杂物有一定的指导意义。本文应用ICP分析手段，开展G20CrNi2MoA钢中钙元素含量测定实验，确定最佳实验条件，经检验得到较为满意的分析测试结果。
关键词：检测；钙；ICP；G20CrNi2MoA
Experiment and discussion on determination of zinc in steel by ICP method
Yao Changfa, Lu Jianmin, Qi Xucheng, Gao Peijun, Zhang Rupeng, Li Wenwen, Wang Cunfa,Zhao Haiyan
（Xining Special Steel Co. , Ltd. Qinghai Xigang Special Steel Technology Development Co. , Ltd. Qinghai Xining 810005）
Abstract:This paper describes the application of plasma spectrometry to determine the content of calcium in G20CrNi2Mo steel, the sample is dissolved by nitric acid, the sample is completely dissolved and clear, and a satisfactory result is obtained.
Material Index:plasma spectral analysis ;detection;calcium; ICP; G20CrNi2MoA
前言
G20CrNi2MoA钢对钙元素化学成分有控制要求，因此开展钢中钙元素含量测定具有现实意义。使用ICP-OES光谱法测定G20CrNi2MoA钢中钙含量，通过实验对仪器工作条件及参数进行选择，在检测过程优化至最佳工作条件。保证检验结果准确性。
1.实验部分
1.1测定设备
美国赛默飞ICP6300 电感耦合等离子体发射光谱仪
1.2化学药品及试剂
溶解酸A：硝酸（2+5）优级纯
溶解酸B:盐酸（1+1）优级纯
碳酸钙：光谱纯，分子量100.09，天津市元立化工有限公司
氩气：纯度99.995%以上，
1.3设备参数设定
工作条件设定中与检验结果相关的参数有5个，其中RF功率、蠕动泵转速及样品观察高度对测定结果影响较为明显。因此，在测定前对仪器参数进行实验条件确认，确保测试数据的准确性。测定中根据样品性质及时调整，将测定效果调整至最佳状态。
1.3.1波长选择
iTEVA软件中提供了11条波长可供选择，由于测定样品中元素含量较低，需选择波长的灵敏度需较高，因此实验中选取了灵敏度靠前的6条波长。实验使用0.0005%含量Ca溶液进行测定强度。选取强度及背景合适的波长作为测定波长。通过数据分析393.366测定强度较高，符合测定要求。
表1波长选择表
.png)
1.3.2发生器功率的选择
设备提供的RF功率有750-1500W的范围，其中选择750、900、1150、1300、1500W,分别测定5ppm的Ca溶液，测定元素谱线强度和背景。通过数据分析发现随功率的增加，谱线强度也增加，但功率过大导致设备负荷增加，冷却气流量也增加，强度增加量不明显，因此试验中采用1150W常用的功率进行测试。
表2发生器功率测定
.png)
1.3.3雾化器流量
设备提供的范围0-1.50L/min，由于0.25L/min雾化器流量下雾化效果不是太理想，因此在0.50-1.50之间进行实验。雾化器流量的不断增加，强度值先增加后慢慢降低流量控制到0.55-0.75之间为最佳。
表3 雾化器流量测定
.png)
1.3.4观察高度
设备提供的范围8-21mm，设定不同观察高度下测定强度的变化确定参数，本实验似乎还表明,提高谱线测定精度,最佳测定条件应是低载气流速、低冷却气流速,稍偏低的观测高度。
表4 观察高度与强度的测定
.png)
1.3.5参数的确认
通过上述数据发现ICP测定微量钙时，强度的趋势及工作曲线斜率变化较大，经设备软件自动优化工作参数的同时根据实验将参数按下列条件进行设定，达到测定最佳效果。
表4 设备设定参数及工作条件
.png)
2.标准溶液配制
标准溶液的配制，称取0.24971g的恒重CaCO3(样品于105-110℃干燥至恒重),置于250ml的烧杯中，加入20ml的超纯水，低温加热，加热过程中加入10ml盐酸，完全溶解后冷却至室温，定容至1000ml的容量瓶中，得到0.100mg/ml的溶液。分取2ml、5ml、10ml、15ml、20ml、25ml体积的溶液至100 ml的容量瓶中进行稀释定容，得到2ppm、5ppm、10ppm、15ppm、20ppm、25ppm的标准溶液。
3.工作曲线建立
曲线的建立，准确移取适量的钙标准溶液于100毫升容量瓶中，根据合金样品的种类加入不同含量的基体元素及相应的溶解酸。按不同含量移取标准溶液进行制备好溶液，配制系列工作曲线，将标准溶液的浓度输入到iTEVA软件中，将制备好的溶液按设备正常操作完成测定，以分析强度为Y轴，以元素测定含量为X轴进行线性回归，生成工作曲线。
表5 工作曲线及数据
.png)
.png)
4.样品处理
称取样品0.5000g，精确至0.0002g，将称取样品置于100毫升钢铁容量瓶中，加入2+5硝酸10毫升，在低温炉盘上进行溶解，过程中适当补加水，等试样溶解完全后，冷却至室温加水定容，混匀后待测。样品由于在冶炼过程控制中要求严格，因此在样品处理时严格按操作规程进行，使用超纯水，防止由于溶解过程中产生偏差。
5.空白试验
随同试样溶解，选取类似有证标准物质进行验证，其中在393nm波长的曲线及背景较为理想，本次测试采用该波长下的数据。
表6 抽取5炉电渣钢试样采用ICP和原子吸收测定Ca含量结果
.png)
6.数据验证
使用标准样品做控样进行控制，并对样品进行测定。本次使用YSBC35119-95北京海新的标样进行稳定性，重复性的测定。标准给定值0.0008%，测定值为0.00082%，标准偏差0.464，RSD为5.6%。
表7标准物质（YSBC35119-95）的测定值
.png)
7.分析及结论
使用该方法建立工作曲线，进行检测解决了钢中钙元素的测定，表明工作曲线回归较好可以使用，该方法准确度高精密度好，快速简单是最大的优势，对生产及研究有一定的指导意义，使分析工作从速度、精度、检测范围等得到大幅度的提升，从而保证生产的安全稳定的运行。本方法具有快速、灵活、方便的特点，既可节省人力，又可节约试剂，简化了操作步骤．具有很强的适用性。
参考文献：
[1]分析化学 机械工业出版社．
[2]辛仁轩 电感耦合等离子体光源原理1984年，光谱实验室编辑部
[3]合金钢化学分析 冶金工业出版社．
[4]分析化学 高等教育出版社
[5]工厂分析化验手册 化学工业出版社
[6]陈新坤 电感藕合等离子体光谱原理和应用〔M].天津:南开大学出版社，1987
[7]高铮德光谱分析常识〔M].1985年，光谱实验室编辑部
[8]张赣南，赵玉珍.ICP-AES中光谱干扰校正的计算方法[J].分析化学，1986，14（9）：703.
[9]金泽祥，陈柏林，江惠坚，等.相互干扰系数法校正ICP-AES多元素同时分析的光谱干[J].光谱学与光谱分析，1998，18（3）：329.
[10]方慧群，于俊生，史坚.仪器分析[M].北京：科学出版社，2002.