火焰原子吸收法测定富氮合金中钾含量

张家相 张东升 徐刚 贾云

摘 要：研究了火焰原子吸收分光光度法测定富氮合金中微量钾含量的方法，对仪器工作条件进行了优化。钾浓度在0.02～8 mg/ml内成线性关系，相关系数为r=0.9993，检出限为0.006 mg/ml。将该法用于富氮合金中微量锌含量的检测，加标回收率为97.5%～100.8%，相对标准偏差小于2%，结果满意。

关键词：火焰原子吸收光谱法 富氮合金 钾

中图分类号：O6-3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0080-01

富氮合金是一种混合型氮化合金添加剂，在炼钢生产中加入一定量的富氮合金，不但能有效提高钢材的强度、韧性等机械性能，同时能有效降低吨钢生产成本。但是，由于钾是高炉有害元素，如果富氮合金中含有微量元素钾，它易在高炉中循环和富集，最终可导致炉衬和炉底遭到损坏，严重影响高炉的顺行和缩短高炉寿命。因此，有效控制富氮合金中高炉的有害元素钾的含量，对高炉有很好的保护作用。目前，微量钾的分析方法主要有：原子吸收光谱法[2]、电化学分析法、离子色谱法[4]和分光光度法等。但是富氮合金中微量钾的测定方法还未见报道，本文用火焰原子吸收分光光度法测定富氮合金中微量的钾，该法具有简便、快速、准确等优点。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

原子吸收分光光度计：AA-7020型，北京东西分析仪器有限公司；钾空心阴极灯：KY-I型，北京东西分析仪器有限公司；CEM MARS高通量密闭微波消解系统（美国培安科技公司）。

钾标准溶液：称取0.1907 g氯化钾（预先在400 ℃～500 ℃灼烧至恒量，冷却至室温后称量），溶于水，并定量转移入100 ml容量瓶中，稀释至刻度。此溶液为1.0 mg/ml标准贮备液。临用前，用水稀释成25.0 μg/ml钾标准溶液。氢氟酸、硝酸（优级纯）；实验用水为超纯水。

1.2 仪器工作条件

原子吸收光谱仪工作条件为波长：766.5 nm；灯电流：5 mA；狭缝宽度：0.4 nm；燃气流量：1.0 L/min；燃烧器高度：8.0 mm。微波消解采用温度主控、程序升温的方法，消解系统工作条件为：（1）微波功率600 W，目标温度80 ℃，升温2 min，停留2 min；（2）微波功率800 W，目标温度120 ℃，升温3 min，停留2 min；（3）微波功率800 W，目标温度180 ℃，升温3 min，停留5 min。

1.3 实验方法

称取0.15 g富氮合金于微波消解罐中，加入8.0 ml浓硝酸，2.0 ml氢氟酸，按照程序升温进行消解，消解完毕后取出罐体，冷却至室温，将消解液转移至小烧杯中低温加热蒸至近干，取下加水溶解盐类，过滤残渣，滤液收集于250 ml容量瓶中，稀释至刻度摇匀，将仪器调节为最佳工作条件，在波长766.5 nm处测定溶液的吸光度，按照公式（1）计算样品中钾的含量。

（1）

式中：为样品中钾的质量百分比；

m为样品的重量，g；

C为从工作曲线上差得钾的浓度，mg/ml；

V为试液的体积，ml。

2 结果与讨论

2.1 消解试剂及用量的选择

试验考察了盐酸+硝酸、盐酸+氢氟酸和硝酸+氢氟酸为消解试剂时对消解效果的影响。结果表明：当以硝酸+氢氟酸进行消解时效果最好，同时进一步试验了消解试剂用量的影响，当选择硝酸为8 ml，氢氟酸为2 ml时，试样消解比较彻底。

2.2 灯电流的影响

灯电流的大小直接影响灯放电的稳定性和锐线光的输出强度。在其他条件不变的情况下，灯电流从2.0 mA逐渐增加到9.0 mA进行测试，结果表明，当灯电流大于5 mA时，吸光度随灯电流的增加而减小，这是由于灯电流较大时辐射的锐线光谱带产生热变宽和碰撞变宽，灯内自吸收增大，使辐射锐线光的强度下降，背景增大，灵敏度下降。另外灯电流太高还会加快灯内惰性气体的消耗，缩短灯的使用寿命。但是灯电流不能太小，否则信噪比稳定性较差；因此，综合考虑，本实验选择最佳灯电流为灯电流5 mA。

2.3 狭缝宽度的选择

在其他条件不变的情况下，分别试验了0.2 nm、0.4 nm、0.8 nm、1.2 nm、1.6 nm的狭缝宽度对测定结果的影响，结果表明，当狭缝宽度为0.4 nm时，测得的吸光度值最大，大于0.4 nm时吸光度逐渐下降，这可能是由于狭缝的增加，导致一些干扰谱线同时也通过了光谱通带，降低了对特征谱线的吸收；小于0.4 nm时，特征谱线未完全通过，导致测定的吸光度值也较小，因此本实验选择的狭缝宽度为0.4 nm。

2.4 空气流量和乙炔流量

在其它条件不变的情况下，固定空气流量为7.0 L/min，分别试验了0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 L/min乙炔流量对测定结果的影响，结果表明，当乙炔流量小于0.6 L/min时，测定的时候会熄火；当乙炔流量为1.0 L/min 时，吸光度最大，此时火焰为稳定的贫燃性火焰，有利于钾的原子化。因此实验选择空气流量和乙炔流量分别为7.0 L/min和1.0 L/min。

2.5 工作曲线和最低检出限

于6支25 ml比色管中分别加入25 μg/ml的钾标准溶液0.0、0.50、1.00、1.50、2.00、 2.50 ml，用水稀释至刻度。将原子吸收分光光度计调节至最佳操作条件，在766.5 nm波长下分别测定标准系列的吸光度，并绘制标准曲线，曲线的回归方程为：Y=0.3001X-0.0005，钾浓度在0.02～8.0 mg/ml内成线性关系，相关系数r=0.9993，以空白的3倍标准偏差除以曲线的斜率得到最低检出限为0.006 mg/ml。

2.6 样品分析结果

按照实验方法，将仪器调至最佳工作条件，对富氮合金中微量钾进行了测定，同时做加标回收实验，样品的加标回收率为97.5%～100.8%，相对标准偏差小于2%，结果比较满意。

参考文献

[1] 杨金福，王霞，张英才，等.高炉中有害元素的平衡分析及其脱除[J].中国冶金，2007.

[2] 张代云，宋江伟，黎红波，等.火焰原子吸收分光光度法測定钾含量的不确定度[J].云南地质，2013.

[3] 王兴恩，卢燕，丁卫，等.用离子选择电极法测定钾和钠[J].水泥工程，2012.