微波消解 -ICP-AES 法测定装甲材料中的铌含量

张杰，郝静，王慧清，葛衍玲

(内蒙古第一机械集团有限公司计量检测中心，内蒙古包头 014030)

微波消解 -ICP-AES 法测定装甲材料中的铌含量

张杰，郝静，王慧清，葛衍玲

(内蒙古第一机械集团有限公司计量检测中心，内蒙古包头 014030)

建立 ICP-AES 法测定装甲材料中铌含量的的方法。采用盐酸 - 硝酸 - 氢氟酸微波消解样品，检测器为CID 固态检测器，检测波长为 309.417 nm。在选定的测定条件下，标准工作曲线线性范围为 0.005%～1.0%，线性相关系数为 0.9997，检出限为 0.00068%，测定结果的相对标准偏差不大于 3%(n=10)，加标回收率为 96.0%～98.7%。该方法操作简单，测定结果准确可靠，可用于装甲材料中铌含量的测定。

微波消解；ICP-AES ；装甲材料

铌对提高钢的强度和抗腐蚀性，改善钢的焊接性能具有重要的作用。因此在某新型装甲材料中加入了一定含量的铌，以改善其性能，在其研制及工艺定型试验中需要准确分析其中的铌含量。

铌不溶于硝酸、盐酸及硫酸中，但在氢氟酸、酒石酸盐等存在条件下能形成可溶性络合物［1］。铌的化学分析方法［1-4］操作繁琐，所用试剂多，干扰严重，特别是钼含量高时，会使铌的显色不完全，需用碱进行分离。国标 GB／T 20125-2006 没有釆用ICP-AES 法测定铌含量［5］。有报道 ICP-AES 法测定铌的含量［6-9］均为用于普碳钢和低合金钢中的铌，其溶样用氢氟酸，不仅给样品带来污染，还必须用酒石酸或草酸络合铌，而酒石酸和草酸对铌发光强度影响很大，干扰铌的测定。

微波消解用酸量少，温度和压力高，溶样速度快，不污染样品。笔者用盐酸 -硝酸-氢氟酸微波消解试样，将试样溶液转移到塑料三角瓶中，在耐氢氟酸雾化器上，用 ICP-AES 法测定铌的含量，主要解决了化学法中某些元素干扰和现有 ICP-AES 法样品污染及加入络合剂的干扰问题。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子体原子发射光谱仪：iCAP6300型，美国热电公司；

微 波 消解 仪：ETHOS1 型，意 大 利 Mileston 公司；

盐酸：37% ；

硝酸：65% ；

氢氟酸：40% ；

铌标准溶液：100.0 μg／mL，国家有色金属及电子材料分析中心。

1.2 光谱仪工作条件

功 率：1150 W ；载 气 流 量：0.7 L／min ；辅 助气 流 量：1.0 L／min ；泵 速：50 r／min ；检 测 波 长：309.417 nm ；检测器：CID 固态检测器。

1.3 微波消解仪工作条件

功 率：1200 W ；180 ℃ 设 定 8 min，220 ℃ 设 定10 min，160℃设定 10 min。

1.4 样品处理

准确称取 0.1000 g( 精确到 0.0001 g) 试样于微波消解罐中，加 3 mL 王水 (1+2)、0.5 mL 氢氟酸，在微波消解仪上消解试样，将试样转移至 100 mL 塑料容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。在选定的工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 雾化器、泵速和载气流量

溶样时用到氢氟酸，氢氟酸的作用是使铌形成可溶性络合物，釆用耐氢氟酸的雾化器直接进行测定，不用再加入酒石酸盐和硼酸等络合剂，避免了这些络合剂对铌发射强度的影响。

载气流量影响雾化效率，釆用较低的雾化压力及合适的泵速，使 ICP 接近局部热力学平衡状态时，可以增加气溶胶通过火焰中心通道的时间，提高谱线的灵敏度。蠕动泵速影响溶液的提升量和雾化效率，蠕动泵速度快，能增大试样在等离子炬中的浓度，提高发射强度，同时高进样量对等离子炬有冷却作用，降低发射背景。但高进样量会使雾化器的雾化效果变差，使背景噪音增加。试验确定选择载气流量为 0.7 L／min，蠕动泵速为 50 r／min。在此条件下，既保证了测定谱线的灵敏度和雾化效果，又使背景保持在一个较低的水平，确保方法的检出限满足测定要求。

2.2 检测波长

光谱干扰主要是谱线重叠和背景干扰。为观察光谱干扰情况，用铌 10.0 μg／mL 及一定含量的Mn，Cr，Mo 等相应的单元素标准溶液的混合标准溶液，在高纯铁基中对不同铌的谱线进行扫描测定，在 Subarray 图上观察各谱线及背景的强度、干扰情况，选择没有干扰、信背比高的谱线作为分析线。实验选定分析波长为 309.417 nm( 级次 109)。对于背景干扰，用仪器 iTEVA 软件改变背景校正点的位置和谱线宽度来对背景进行扣除，从 Subarray 图上确定左背景为 189.00，右背景为 187.30，积分区域中心宽度为2。

2.3 基体干扰

试样中铁是基体元素，基体干扰釆用基体匹配的方法消除。分析实际样品时，一般用不同铌含量的标准样品绘制工作曲线来达到基体匹配的目的。在本实验过程中，用系列标准混合溶液加入高纯铁作为基体来绘制工作曲线，消除基体干扰。试验表明，两种方法绘制工作曲线的测定结果一致。

2.4 微波消解酸及用量

用王水 (1+2)和氢氟酸消解试样，氢氟酸用量约 0.5 mL 即可，王水用量与试样组成及称样量有关。称取 0.1000 g 试样，在微波消解仪设定的工作条件下，逐渐增加王水用量。试验表明，王水用量少于 3 mL，试样溶解不完全；加入 3～6 mL 王水和 0.5 mL 氢氟酸时，试样溶解清亮。因此选择用 3 mL 王水和 0.5 mL 氢氟酸溶解试样。

2.5 线性相关系数、方法检出限

将系列标准溶液引入光谱仪进行测定，计算机自动以溶液浓度对强度绘制工作曲线。线性范围为 0.005%～1.0%，相关系数 0.9997，方法检出限为0.00068%，检出限及线性范围完全能满足装甲材料中铌含量的测定。

方法检出限的计算：对曲线的最低含量点0.005% 平行测定 7 次，按式 (1)计算方法的检出限：

式中：MDL——方法的检出限，%

n——样品的平行测定次数；

t——自由度为 n-1，置信度为 99% 时的 t分布，当 n 为 7 时，t=3.143 ；

s——n 次平行测定的标准偏差，%。

2.6 精密度试验

选取 3个不同铌含量的标准样品，按实验方法对每个标准样品平行测定 10 次，结果见表2。

表2 精密度试验结果 %

由表2可知，测定结果的相对标准偏差在0.89%～2.54%之间，说明该方法具有良好的精密度。

2.7 准确度试验

选取了3个不同铌含量的标准样品进行加标回收试验，每个样品平行测定3次，结果见表3。由表3 可知，加标回收率在 96.0%～98.7% 之间，说明方法具有较高的准确度。

表3 回收试验结果 %

3 结语

建立了用微波消解溶解试样、ICP-AES 法测定某新型装甲材料中铌含量的方法。优化了测试条件，用基体匹配法消除了铁基干扰。该方法简单、准确，精密度好，满足某新型装甲材料中铌含量的测定要求，为某新型装甲材料的成分及工艺定型试验提供了准确的分析数据。对于含合金元素种类多且含量异常的特殊钢中铌的测定具有一定的借鉴作用。

［1］ 重机行业《金属材料化学分析方法》编写组 .金属材料化学分析方法［M］.四川德阳：中国重型机械大型锻铸件行业协会，1992: 121-123.

［2］ 杨道兴 .丹宁沉淀 - 氯代磺酚 S 光度法测定钢中铌含量［J］.冶金分析，2004，24(增刊 ): 293-296.

［3］ GB／T 223.40-2007 钢铁及合金铌含量的测定氯代磺酚 S 分光光度法［S］.

［4］ 许丰，谭思思 .高钼低铌钢中铌的测定［J］.冶金分析，2004，24(增刊 ): 279-281.

［5］ GB／T 20125-2006 低合金钢多元素含量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法［S］.

［6］ 丁美英，任新建，王宴秋 . ICP-AES 法测定稀土钢中铌量［J］.稀土，2008，29(1): 92-94.

［7］ 张光，高霞 . ICP-AES 法同时测定低合金钢锆和铌［J］.冶金分析，2004，24(1): 44-47.

［8］ 牛淑霞 .电感耦合等离子体发射光谱法对低合金钢中铌的测定［J］.特钢技术，2009，15(59): 39-41.

Determination of Niobium Content in a New Type Armor Materials by Microwave Digestion-ICP-AES

Zhang Jie, Hao Jing, Wang Huiqing, Ge Yanling
(Measurement Test Center of Inner Mongolia First Machinery Group Co. Ltd.， Baotou 014030, China)

A method was developed for the determination of niobium content in armor materials by ICP-AES. Sample was digested with hydrochloric acid-nitric acid-hydro fl uoric acid by microwave，the detector was CID solid-state detector with the detection wavelength of 309.417 nm. Under the selected conditions of determination, the linear range of curve was 0.005%-1.0%, the linear correlation coef fi cient was 0.9997. The detection limit was 0.00068%. The relative standard deviation of determination results was not more than 3%(n=10), and the standard addition recovery rate was 96.0%-98.7%. The method is simple in operation and measurement results are accurate and reliable. It can be used for the determination of niobium content in the armor materials.

microwave digestion; ICP-AES; armor material

O657.3

A

1008-6145(2014)05-0058-03

联系人：张杰；E-mail: zhangjie472@sina.com

2014-08-15

10.3969／j.issn.1008-6145.2014.05.020