ICP-AES内标法测定钢铁及其合金样品中的化学成分

龚思维，楚民生，胥成民，周韵

(上海出入境检验检疫局， 上海 200135)

ICP-AES内标法测定钢铁及其合金样品中的化学成分

龚思维，楚民生，胥成民，周韵

(上海出入境检验检疫局， 上海 200135)

建立了内标法测定钢铁样品中化学成分的ICP-OES分析方法。利用铟元素作为内标物质，消除了铁基体元素对被测元素的干扰，减少了废气、废液的产生。钢铁样品中16种被测元素的检测范围在0.001%～20.00%之间，检出限为0.001～0.030 μg／mL，回收率为97%～110%。该方法减少了高纯物质的使用。

ICP-AES；钢铁；化学成分；铟

电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)技术具有分析速度快、线性范围宽，能同时分析多种元素的特点，是冶金分析中的常规分析手段［1，2］。但是ICP-AES技术存在基体效应的问题，目前常用的消除方法主要有基体分离法、掩蔽法、基体匹配法和内标法。基体分离和掩蔽法步骤繁琐，操作可行性差，易损失样品或引入新的杂质。基体匹配法是目前比较常用的方法，但它需要组分及其含量已知，而基体物质的加入在一定程度上降低了校准灵敏度，会使方法检出限增大并降低测量精密度［3］。在金属材料分析中，基体匹配法还需要应用大量的高纯金属材料，这些高纯物质造价昂贵，难以获得，并且消解过程需大体积的各类无机强酸，释放有毒有害废气，资源耗费大，对人体和环境污染严重。内标法利用分析元素和内标元素谱线强度比与待测元素浓度绘制标准曲线而进行样品分析［4，5］，该法应用于金属材料分析时，无需配制含有高纯基体物质的标准溶液。因此笔者利用铟元素作为内标物质，采用内标法绘制工作曲线，用ICP-AES法测定了铁基样品中的化学成分，铁基体中的16种被测元素的检出限低，回收率较高。该方法快速准确，减少了高纯物质的使用，适合于不同基体样品中杂质元素的测定。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

等离子发射光谱仪：iCAP 6300型，美国Thermo公司；Prodigy型，美国Leeman公司；

盐酸、硝酸：优级纯；

铝、砷、镉、钴、铬、铜、汞、锰、钼、镍、磷、铅、硅、锡、钛、钒和铟标准储备液：1 g／L，按照GB／T 602的规定配制或购买有证标准溶液。

1.2 仪器工作条件

中阶梯光栅；CID检测器；玻璃同心雾化器；旋转雾化室；蠕动泵进样；发射功率：1 150 W；辅助气流量：0.5 L／min；雾化器压力：0.207 MPa(22 psi)；蠕动泵转速：40 r／min(或提升量 1.2 mL／min)；积分时间：短波15 s，长波10 s；分析谱线(nm)：Al 396.152，As 189.042，Cd 214.438，Co 228.616，Cr 267.716，Cu 327.354，Hg 184.950，Mn 260.569，Mo 202.030，Ni 231.604，P 178.284，Pb 182.205，Si 251.611，Sn 189.989，Ti 334.941，V 310.230。

1.3 实验方法

称取0.200 0 g样品于100 mL烧杯中，加入10 mL HNO3溶液(1+1)，低温溶解样品，溶解完全后，冷却至室温，移入100 mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀。

将上述溶液用带有Y型三通的管件进样，一支进内标溶液，另一支进样品溶液，先进行标准曲线的绘制，再测定样品中各元素的含量，同时做空白试验。

2 结果与讨论

2.1 内标元素的选择

常用的内标元素有钪(Sc)、钇(Y)、铟(In)等，采用哪一种元素作为内标元素，应该根据内标元素的特性及被测对象的情况而定。钢铁及其合金中杂质元素的质量分数在百万分之几到百分之几十之间，为使内标法检测结果的准确性和精密度符合相关标准的要求，必须注意内标元素的光谱强度和质量浓度。将不同的内标元素配制成一系列不同质量浓度的溶液，用ICP光谱仪测定其光谱强度，结果见表1。由表1可知，浓度为20 mg／L的铟溶液最适合用作内标。

表1 内标元素选择试验结果

2.2 仪器工作条件

笔者所在的检测室，现有的两台ICP仪器为中阶梯光栅，CID电子检测器的全谱直读型电感耦合等离子体原子发射光谱仪，可以自行设定的工作条件有发生器功率、辅助气流量、雾化器压力、蠕动泵转速和积分时间等。选用不同条件组合对一个样品进行试验，以找到仪器的最佳测定条件。仪器工作条件确定的依据是某条件下被测元素的光谱强度明显高于其它条件下的光谱强度，试验结果显示，仪器工作条件的改变并不能显著地提高被测元素的光谱强度。因此综合考虑确定了1.2中仪器工作条件。

2.3 工作曲线方程

按照元素性质及标准溶液介质的不同，将16种元素分成两组混合标准系列溶液，按照现有标准溶液介质的不同，将 As，Cd，Hg，Pb，Sn 5种元素分为一组，其余元素为另一组；Cr，Cu，Mn，Ni浓度为0.0，0.5，1.0，5.0，10.0，50.0 mg／L，其余元素的浓度为 0.0，0.1，0.5，1.0，5.0，10.0 mg／L。将混合标准系列溶液在ICP仪器上进行测定，以元素的激发光强度（Y）为纵坐标，以元素浓度（X，mg／L）为横坐标进行线性回归，回归方程、线性范围和相关系数列于表2。

表2 工作曲线方程及线性范围

2.4 方法精密度和检出限

选择11个样品，样品涵盖了碳素钢、中低合金钢、不锈钢(1Cr18Ni9，1Cr13)，每个样品独立测定11次，计算各元素测定结果的相对标准偏差，列于表3。

表3 方法精密度试验结果 %

连续测定11次试剂空白溶液，以3倍标准偏差计算检出限，各元素的检出限列于表4。

2.5 回收试验

在基体样品中加入一定量的被测元素，按实验方法，在选定的仪器条件下进行分析，测定结果及回收率计算结果列于表5。由表5可知，加标回收率为97%～110%。

表4 方法的检出限

表5 回收试验结果

2.6 标准样品测定

在优化的实验条件下，对钢铁有证标准物质进行测定，测定结果见表6。由表6可知，标准样品的测定值和标准值基本一致，二者之间的差异均在相关国家标准允许的误差范围之内。

表6 钢铁样品的测定结果 %

3 结语

采用ICP内标法测定钢铁及其合金样品中的化学成分，消除了基体元素对被测元素的干扰，拓展了内标法在金属材料分析中的应用。

［1］邱德仁.原子光谱分析［M］.上海：复旦大学出版社，2002：312-314.

［2］曹宏燕.冶金材料分析技术与应用[M].北京：冶金工业出版社，2008：149-157.

［3］陶锐，高舸.电感耦合等离子体光发射光谱分析中无机酸基体效应研究［J］.理化检验：化学分册，2005，41(2)： 143-146.

［4］辛仁轩.等离子体发射光谱分析［M］.北京：化学工业出版社，2005： 125-130.

［5］武汉大学.分析化学 [M].北京：高等教育出版社，2008： 66-85.

Determination of Chemical Components in Iron and Steel by ICP-AES Inner Sandard Method

Gong Siwei， Chu Minsheng， Xu Chengmin， Zhou Yun
(Shanghai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau， Shanghai 200135， China)

An ICP-OES method for simultaneous determination of the content of 16 elements in iron and steel was developed by using inner calibration method. Indium was used as inner element, the interference from iron base on detected elements was eliminated. Waste gas and waste liquid were decreased. The detection range of 16 elements in iron and steel were 0.001%-20.00%，the detection limits ranged from 0.001 to 0.030 μg／mL，and the recoveries were 97%-115%. The method may reduce the use of high pure materials.

ICP-OES; iron steel; chemical component; In

O657.3

A

1008-6145(2012)04-0059-03

10.3969／j.issn.1008-6145.2012.04.018

联系人：龚思维；E-mail： gongsw@shciq.gov.cn

2012-04-12