ICP-AES法测定稀土硅铁中镧铈锰铝钙

天津重型装备工程研究有限公司 （300457） 王井玉 吴增升

1.概述

在球墨铸铁生产中，硅铁是一种重要的孕育剂和球化剂，加入一定量的硅铁能够阻止铁中碳化物的形成、促进石墨的析出和球化。实际上纯净的硅铁是没有多大孕育效果的，为此孕育剂中常加入Al、Ca、Ba、Mn及稀土等元素，以增加孕育作用。其中Ca、Al可以促进石墨化，但加入量不可超过一定值，否则会降低孕育效果。孕育剂的加入量对铸件的性能有很大影响，加入量过少会导致加工性能恶化，力学性能降低和基体组织不均一；加入量过多不仅浪费还会产生过多熔渣及缩孔。因此建立准确的测定孕育剂中功能成分含量的方法是十分必要的，这对加入适量的孕育剂具有重要的指导意义。

目前，硅铁中元素的定量分析方法有化学法、X-射线荧光光谱法及ICP-AES法。化学法因其操作程序繁琐，分析周期长已经很少被使用。在用XRF法进行测定时需要配备相应的标准样品方可进行定量分析，并且在用熔融法制样时需要配备相应的熔融设备；在用压片法制样时，由于粒度效应常使得实验结果重复性差。而用ICP-AES法进行测定时，可以利用标准溶液进行校准曲线的绘制进而进行定量分析，并且该法稳定性好，精密度高。

2.实验部分

（1）主要仪器及工作条件 ①仪器：ICAP6500型电感耦合等离子体原子发射光谱仪（美国热电公司），见附图。②工作条件：射频（RF）功率1150W；蠕动泵转速50r/min；辅助气流量0.5L/min；雾化气体流量0.7L/min；冷却气流量12L/min；短波曝光时间5s；长波曝光时间15s，垂直观测高度12mm；聚四氟乙烯进样系统。

（2）主要试剂及标准溶液 实验中所用试剂均为优级纯及光谱纯级别，La、Ce、Mn、Al、Ca单元素标准溶液浓度均为1000μg/mL，根据需要稀释成相应浓度。实验用水为去离子水。

（3）实验方法 准确称取0.50g试样于250mL聚四氟乙烯烧杯中，加少量水湿润后加入10mL硝酸，缓慢滴加3～5mL氢氟酸，常温下摇晃溶解，待无剧烈反应后放至电热板上低温加热溶解，待试样溶解近完全后，加入10mL浓HCl继续加热，将溶液体积蒸至少量后取下，加入10mLHClO4，放至电热板上加热至冒烟后取下，加入10mLHCl（与水的比例为1∶1）加热数分钟溶盐，取下冷却至室温后，转移至100mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀待测。随同试样做空白实验。

（4）混合标准溶液配制 根据试样中铁的质量分数和取样量称取相应含量的高纯铁粉5份于250mL聚四氟乙烯烧杯中，按照上述实验方法进行处理，溶解完毕转移至容量瓶中（编号1、2、3、4、5），向容量瓶中加入一定量的单元素标准溶液配制混合标准溶液，之后用去离子水定容，各容量瓶中加入的标准溶液浓度见表1。

ICAP光谱仪

表1 混合标准溶液中各元素浓度（质量分数）（%）

（5）测定 打开ICP-AES并稳定2h，打开等离子体光源预热至少30min。按照选定的仪器工作条件，调整仪器的各参数至最佳状态。按顺序依次将空白溶液、标准溶液和试样溶液导入等离子体，分别测量各待测元素的强度。使用标准曲线法，以标准溶液各元素浓度为横坐标，其测定强度为纵坐标，拟合校准曲线。根据校准曲线及待测试样中各元素的强度值得到各元素的浓度值。

3.结果与讨论

（1）分析谱线的选择 实验中每种元素初选了4条分析线进行测定，见表2。

表2 各元素初选分析线

对初选的各元素谱线进行扫描，根据扫描谱图考察各谱线受干扰情况，最后选择了干扰少、背景低、灵敏度高的谱线作为每种元素的分析线。La：333.749nm；Ce：439.166nm；Mn：293.930nm；Al：396.152nm；Ca：317.933nm。

（2）基体及共存元素间的影响 试样经高氯酸处理后，主量元素之一硅生成四氟化物挥发了，因此溶液基体元素主要是铁。实验中采用高纯铁配制标准系列溶液，对含铁量进行大致匹配后进行试样分析。结果表明，按所选择的各元素分析线进行分析时，无基体及共存元素间的相互干扰。

（3）工作曲线的绘制及方法检出限 在选定工作条件下 ,重复测定空白溶液12次，取其3倍标准偏差所对应的浓度为各元素检出限（DL）；测定标准溶液，利用软件绘制各元素的工作曲线并算出各曲线的线性相关系数R，实验结果见表3。可以看到曲线线性好，元素检出限低。

表3 校准曲线线性相关系数R及检出限DL (%)

（4）方法验证 ①准确度。由于目前稀土硅铁标准样品短缺，实验中选择了硅铁标准样品（YSBC25611-1993，吉林铁合金厂）进行准确度实验，结果见表4。可以看到Mn、Al、Ca的相对误差均在1%以下，说明准确度较好。标准样品中没有给出La、Ce的标准值，实验结果表明二者含量很低，可以认为几乎为零。②精密度与加标回收实验。对试样进行12次连续测定，计算各元素的相对标准偏差RSD；向样品中加入各待测元素的标准溶液进行加标回收实验，结果见表5。可以看到元素RSD均在1%以下，加标回收率在100.78%～104.60%之间，表明精密度较好。

表4 准确度实验（质量分数） （%）

表5 精密度实验 (%)

4.结语

本文建立了用ICP-AES法测定稀土硅铁孕育剂中La、Ce、Mn、Al、Ca元素含量的方法。通过选择合适的分析谱线、基体匹配等方法消除了共存元素之间的相互干扰，验证了方法的准确度和精密度。结果表明，实验方法简单、准确可靠，适合稀土硅铁孕育剂的日常分析检测。