梁趁
东北特殊钢集团股份有限公司，辽宁大连，116105
摘要: 利用ICP-AES可一次性检测多种元素的优点，测定生铁、铸铁中Mn 、Cr、Ni、Mo、V、Ti、 P、Cu等元素。用盐酸-硝酸混合酸分解试样，用高氯酸冒烟分解碳化物，稀释到一定体积。优化仪器测量条件，在光谱仪上分别测量试液中待测各元素的发射光谱强度，由工作曲线计算各元素的质量分数。本方法确定了仪器的最佳测定条件，结果准确,精密度良好，相对标准偏差小于1.5%，有较低的检出限，回收率96%-106%，可用于日常试样检验。
关键词：ICP-AES，生铁，铸铁，多元素。
Determination of multi-elements of foundry iron and cast iron ore by ICP-AES
Liang Chen
(Dongbei Special Steel Group Dalian Special Steel Material Testing Limited Company,
Dalian, china 116105)
Abstract: ICP-AES method has the advantage of the determination of multi-elements at the same time. So the elements such as Mn, Cr, Ni, Mo, V, Ti, P, Cu are tested by ICP-AES method.The samples are decomposed by the mixture of the hydrochloric acid and the nitric acid. The carbide is decomposed by the perchloric acid and diluted to a certain volume. The measuring conditions of the instrument are optimized. It is measured in the test solution to each element in the emission spectrum intensity on the spectrometer. The mass fraction of each element is calculated by the working curve. This method determines the optimum determination condition of the instrument and the results are accurate and good precision. The relative standard deviation is less than 1.5%, with the lower detection limit. The recovery rate is in range of 96% to 106%, which can be used for the inspection of the daily sample.
Keywords: ICP-AES method, foundry iron; cast iron; multi-elements
中图分类号：O657.3 文献标识码：A
铬、锰、镍、钼、钛、钒、磷、铜等元素是生铁及铸铁中常见的元素，而生铁及铸铁是炼钢基本原材料之一。防止生铁及铸铁本身所含的多元素在炼钢过程中产生影响，需要建立测定这些元素进行准确的方法。传统的分析方法为化学湿法，操作繁琐，分析周期长，单个实验只能分析一种元素，使用化学试剂较多，消耗大。近年来由于ICP-AES具有化学干扰少，检出限低，精密度高等优点，因此应用日益广泛[1-5]。本文采用ICP-AES法同时测定生铁、铸铁中的多元素, 着重对试样的处理，仪器参数的优化等分析手段来测试样品中元素含量。
1 实验部分
1.1 试剂
盐酸（ρ=1.19g/mL），硝酸（ρ=1.42g/mL），高氯酸（ρ=1.67g/mL），均为优级纯；实验用水均为去离子水。
1.2 单元素标准溶液的制备
铬、锰、镍、钼、钛、钒、磷、铜各元素标准储备液1000μg/mL。（国家钢铁材料测试中心研制）。使用时标准溶液时可按比例稀释。
1.3 仪器及工作参数
美国利曼公司Prodigy xp电感耦合等离子体发射光谱仪。测量方式为垂直 10s。激发功率1100W,冷却气19L/min,辅助气0.2 L/min，雾化器雾化压力50psi，蠕动泵转速1.8mL/min。
1.4 分析步骤
1.4.1 试样处理
称取0.2000g试样置于150mL石英烧杯中，加入20mL适宜比例的盐酸、硝酸混合酸，盖上表面皿，低温加热溶解后，加入5mL高氯酸，继续于电热板加热，直至冒高氯酸烟接近杯口，取下冷却。以水洗净表面皿，再于杯中加入适量的水，低温加热溶解盐类，取下冷却后，移入100mL容量瓶中，用水稀释刻度，混匀，干过滤，待测。
1.4.2 测定
试样于ICP仪上采用蠕动泵进样，分别测定其光谱强度，在工作曲线上查得待测试样所含元素的百分含量。
1.4.3工作曲线的绘制
可采用基体匹配制作工作曲线，也可用合适的同类国家级标准样品制作工作曲线(测试各元素的线性相关系数应大于0.9995)。试样处理按1.4.1操作。
2 结果与讨论
2.1 溶样酸的选择
生铁、铸铁的含碳量较高，其中大部分化学元素以碳化物存在，且比较稳定，直接采用盐酸、硝酸分解，很难将待测物分解完全。在溶解试样的同时加入高氯酸并采用冒烟的方式破坏待测元素碳化物，能得到很好的效果。故本文采用高氯酸冒烟的方法溶解样品。
2.2 分析谱线的选择
仪器分析谱线的选择应以灵敏度高，基体对待测元素无干扰或干扰小，被测元素的分析谱线之间无互相干扰，峰型尖锐等为原则。因为采取的基体匹配的分析方法，所以基体的干扰可通过仪器自动扣背景的方式消除。现代分析仪器的谱线分辨率一般为0.02nm，其较高的分辨率抵消了所选分析谱线间的干扰。本法所选分析谱线列于表1。
表1 元素分析谱线
Table 1 Element analysis lines
待测元素 分析谱线nm 待测元素 分析谱线nm
Cr 267.716 Mn 257.610
Ni 231.604 Cu 324.754
V 310.230 Mo 202.030
Ti 334.941 P 178.283
2.3 测试结果的准确度
取两份标准样品（山东冶金研究所 BH2015-1 合金铸铁）向其中一份加入相应含量的各元素，按选中的工作条件测量两份溶液中的各元素，测试结果的准确度和回收率。列于表2。
表2 测试结果的准确度和回收率
Table 2 Accuracy of test results and the recovery rate
元素 标准值% 测定值% 加标值% 加标后测定值% 回收率%
Cr 0.10 0.1040 0.100 0.2085 104.5
Ni 0.076 0.0761 0.050 0.1272 102.2
V 0.009 0.0089 0.020 0.0285 98.0
Ti 0.037 0.0361 0.020 0.0554 96.5
Mn 0.51 0.5202 0.200 0.7185 99.2
Cu 0.023 0.0225 0.020 0.0430 102.5
Mo 0.086 0.0884 0.020 0.1079 97.5
P 0.19 0.1918 0.020 0.2130 106.0
2.4 测试结果的精密度、检出限和方法测定下限
选取山东冶金研究所 BH2015-1 合金铸铁 标准样品由工作曲线测定11次，计算其相对标准偏差。由工作曲线测量标准曲线的空白点溶液11次，计算其标准偏差，并以其3倍作为方法的检出限，检出限的10倍作为方法的定量下限，列于下表3。由测试结果可以看出，本实验方法的测定结果相对标准偏差均小于1.5%，说明方法的精密度良好。另外，还由结果可以看出方法的检出限和定量下限较低，可应用于日常检验，能够满足分析要求。
表3 测试结果
Table 3 Test results
元素 相对标准偏差% 检出限μg/mL 定量下限μg/mL
Cr 0.26 0.0024 0.024
Ni 0.63 0.0029 0.030
V 1.08 0.0011 0.012
Ti 1.13 0.0011 0.012
Mn 0.26 0.0042 0.042
Cu 0.68 0.0012 0.012
Mo 0.43 0.0036 0.036
P 1.04 0.0100 0.100
三 结论
利用ICP-AES法同时测定生铁、铸铁中的上述各元素，达到了简单、快速，缩短了分析周期，降低了分析成本和分析人员的劳动强度，且准确度和精密度均符合要求，应用于科研、生产及标样定值能够得到较好的结果。
参考文献
[1] 曹宏燕. 冶金材料分析技术与应用[M]. 北京：冶金工业出版社. 2008.
[2]Shama Sehar, Iffat Naz, Naeem Ali, Safia Ahmed. Analysis of elemental concentration using ICP-AES and pathogen indicator in drinking water of Qasim Abad, District Rawalpindi, Pakistan[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2013,185, (2): 1129-1135
[3] 辛仁轩 等离子体发射光谱分析[M]. 北京：化学工业出版社，2005.
[4] 曹宏燕 冶金材料分析技术与应用[M]. 北京：冶金工业出版社.2008.
[5] 宋卫良 冶金仪器分析[M]. 北京：冶金工业出版社,2008.