电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高合金钢中铬、镍、钛、钼、铝、锰和铜量

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高合金钢中铬、镍、钛、
钼、铝、锰和铜量
方琼
【摘要】钢铁中有一种合金元素总量达到10％以上时，称为高合金钢，包括各种
不锈钢、高温合金等，处理后有超高强度和高韧性等优良性能，广泛应用于航空、兵器、造船和建筑构造等。

随着材料科学的不断发展，国内外各种新材料越来越多，高合金钢中各元素的测定大多数采用化学分析方法，如分光光度法、容量法和电解重量法等，各元素需逐个进行分析，操作复杂、周期长、试剂消耗量大、样品消耗量多，并需要大量的标钢，已经不能满足企业日常快速分析的需求。

【期刊名称】《理化检验-化学分册》
【年(卷),期】2012(048)006
【总页数】3页(P737-739)
【关键词】电感耦合等离子体原子发射光谱法;高合金钢;测定;中铬;合金元素;化学
分析方法;分光光度法;电解重量法
【作者】方琼
【作者单位】上海海鹰机械厂,上海200436
【正文语种】中文
【中图分类】O657.31
钢铁中有一种合金元素总量达到10%以上时，称为高合金钢，包括各种不锈钢、高温合金等，处理后有超高强度和高韧性等优良性能，广泛应用于航空、兵器、造船和建筑构造等。

随着材料科学的不断发展，国内外各种新材料越来越多，高合金钢中各元素的测定大多数采用化学分析方法，如分光光度法、容量法和电解重量法等，各元素需逐个进行分析，操作复杂、周期长、试剂消耗量大、样品消耗量多，并需要大量的标钢，已经不能满足企业日常快速分析的需求。

电感耦合等离子体原子发射光谱法具有多元素同时测定、线性范围宽、检出限低等优点，能同时定量或半定量测定多种元素，尤其是对比较复杂的未知材料分析鉴别十分有用，大大提高了工作效率，能满足企业的日常检测需求。

试验针对高合金钢中合金元素多、含量高，易与碳和氧元素形成难溶的金属碳化物和氧化物的特点，采用盐酸、硝酸溶解样品，冒硫磷酸烟破坏其中的碳化物，使难溶元素完全溶解，以保证分析结果的准确［1－2］，同时对其他溶样方法进行了讨论，优化了仪器工作条件及分析谱线等。

本工作采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高合金钢中铬、镍、钛、钼、铝、锰和铜元素的含量。

1 试验部分
1.1 仪器与试剂
iCAP6300 型电感耦合等离子体原子发射光谱仪。

铬、镍、钛、钼、铝、锰和铜标准储备溶液：质量浓度均为1 000mg·L－1。

混合标准溶液：5mg·L－1。

盐酸、硝酸为分析纯，试验用水为二级去离子水。

1.2 仪器工作条件
射频功率1 150W，氩气纯度99.999%，蠕动泵转速50r·min－1，辅助气流量0.5L·min－1，雾化器压力0.2 MPa，积分时间：长波5s、短波15s，冲洗时间
30s，观测高度15mm。

1.3 试验方法
称取试样0.100 0g于100mL的三角烧瓶中，加盐酸15mL，硝酸5mL 和水
30mL，低温加热溶解后，再加入硫酸2mL，磷酸2mL，继续加热至冒白烟（若
有不溶物可加几滴硝酸分解碳化物）［1］，取下，冷却至室温，用水转移至200 mL 容量瓶中定容，摇匀待用。

按仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论
2.1 溶样方法的选择
高合金钢中含有高含量的铬、钼和钨等元素时，容易产生难溶解的碳化物或氧化物，会造成分析结果偏低，并影响结果的稳定性和标准曲线的线性关系，采用盐酸－硝酸－水（3＋1＋7.5）混合溶液溶样，冒硫磷酸烟破坏碳化物后得到的试液，分析结果准确且稳定性和标准曲线线性关系好。

有资料表明：硫酸、磷酸的大量存在会抑制信号强度，其影响程度和浓度成正比，控制其体积分数在5%以下时对谱线强度无明显影响［3］，且试样和标样的近似基体匹配可消除由硫酸、磷酸造成的影响，由于磷酸容易污染雾化系统，难以清洗和堵塞进样管，故采用加盐酸15mL，硝酸5mL和水30mL，低温加热溶解后，再加硫酸2mL，磷酸2mL时溶样方法。

日常分析工作中，也可根据实际样品情况采用不同的溶样方法，如含碳量较低（wC＜0.05%）且不含高钼、钨的样品，可采用盐酸－硝酸－水（3＋1＋4）溶
液溶样，经分析对比，分析结果基本一致。

主元素含量特别高时，可直接定容至
1L单独测定，以保证准确度。

2.2 仪器工作条件的选择
在ICP－AES分析技术中，射频功率、雾化器压力和蠕动泵转速参数等仪器工作条件对测定结果的影响情况比较复杂。

射频功率的增大，对各种元素的离子线和原子线的谱线强度影响不同，有的谱线强度随射频功率增大而增大，有的则相反［4］；
随射频功率的增大，所有谱线的信背比都迅速降低，不利于分析精度低和检出限高的元素，综合考虑，试验选择射频功率为1 150 W。

雾化器压力的变化对各种元素的离子线和原子线的谱线强度影响是不相同的，为使方法具备较强的检测能力并兼顾多元素同时测定，试验选择雾化器压力为0.2 MPa。

蠕动泵转速决定雾化器对样品的提升量，样品提升量随蠕动泵转速的增大而增大，谱线强度也随之增大，背景强度基本不变，有利于提高分析精度和降低检出限，但同时样品在ICP 内停留时间缩短，也会影响激发和原子化的效率和分析精度，试
验选择蠕动泵转速50r·min－1。

2.3 分析谱线的选择
由于钢铁中铁和合金元素一般是富线元素，相互间常存在谱线的部分重叠和全部重叠干扰［5－6］，因此选择分析谱线十分重要。

根据分析元素的含量选择灵敏度
不同的谱线，高含量元素选次灵敏线，低含量元素选高灵敏线；选择无干扰和干扰小的谱线。

通过对各分析元素光谱干扰情况的考察，试验选取各元素分析谱线：铬359.349nm，镍231.604nm，钛337.280nm，锰257.610nm，铝396.152nm，钼202.030nm，铜327.396nm。

部分元素分析谱线的谱图见图1。

图1 分析线谱图Fig.1 Spectra of analytical lines
由图1可以看出：钛337.280nm，镍231.604，镍341.476nm 峰形都很好，但
镍341.476nm 线基底背景值稍大，但分析线谱图均显示峰形正，基体连续背景平坦，背景扣除校正后分析数据都很好。

可根据样品含量情况选用，试验选择镍231.604nm为分析谱线。

2.4 线性范围及检出限
采用高合金钢标准样品进行多点线性校准，试验表明：校正点之间的浓度跨度相差
2～5倍间比较合适，绘制标准曲线，曲线线性好，铬、镍、钛、钼、铝、锰和铜
各元素的线性范围依次为14.42%～28.56%，1.90%～37.53%，0.36%～2.93%，0.15%～4.34%，0.083%～3.95%，0.39%～8.98%，0.076%～1.64%，相关系
数均在0.999 0～0.999 9之间。

测定空白溶液11次，用3倍标准偏差（σ）计算各元素的检出限分别为：钼
6μg·L－1，铜5μg·L－1，铝8 μg·L－1，铬、镍、钛和锰均为2 μg·L－1。

2.5 样品分析
按试验方法对材字289c、206和GH130高合金钢标准样品进行测定，结果见表1。

表1 样品分析结果（n＝6）Tab.1 Analytical results of samples?
本工作采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高合金钢样品中主次量元素铬、镍、钛、钼、锰、铜和铝，方法操作简便、快速、结果准确，能满足企业日常检测和未知高合金样品的牌号判断需求。

参考文献：
［1］辛仁轩.等离子体发射光谱分析［M］.北京：化学工业出版社，2011：184
－200.
［2］张光，高霞.ICP－AES法测定高合金钢中住合金元素含量［J］.理化检验－
化学分册，2003，39（2）：85－87.
［3］何平远.电感耦合等离子体院子发射光谱（ICP－AES）法在钢铁分析中的应
用［J］.大型铸件，1995，70（4）：46－46.
［4］ M 汤普森，J N 沃尔什.ICP 光谱分析指南［M］.北京：化学工业出版社，1991：31－32.
［5］邱德仁.原子光谱分析［M］.上海：复旦大学出版社，2002.
［6］鄢国强.材料质量检验与分析技术［M］.北京：中国计量出版社，2005.。