电感耦合等离子体发射光谱法测定低合金钢中Si、Mn、V、P

牛 娜，程 祎，陈浩凤，张明炜，郭家凡，王 琳（．辽宁省地质矿产研究院，辽宁 沈阳 003； . 河南省岩石矿物测试中心，河南 郑州 4500）

电感耦合等离子体发射光谱法测定低合金钢中Si、Mn、V、P

牛 娜1，程 祎2，陈浩凤2，张明炜2，郭家凡2，王 琳2
（1．辽宁省地质矿产研究院，辽宁 沈阳 110032； 2. 河南省岩石矿物测试中心，河南 郑州 450012）

在100 mL溶样瓶中采用王水分解低合金钢样品，选择干扰少、灵敏度高的光谱谱线Si251.61 nm、Mn293.93 nm、V310.23 nm 、P214.914 nm。通过对待测元素ICP-AES测定条件的优化、基体干扰的消除，提高了低合金钢中Si、Mn、V、P测定的准确度，极大提高了分析速度。方法操作简便、灵敏度高、分辨率好、检出限低、测定范围宽，各元素测定结果误差符合国家允许偏差。方法不仅适用于产品、原料的检验，同时适用于炉前快速分析。

电感耦合等离子体原子发射光谱仪；低合金钢；硅；锰；钒；磷

硅、锰、钒、磷是低合金钢中较为重要的元素，直接影响低合金钢的质量，因此，从冶炼开始不仅要控制冶炼工艺，而且要严格控制原材料的质量。低合金钢中硅、锰、钒、磷目前主要采用火焰原子吸收光谱法[1]、化学光度法[2，7，8]、容量法[3-5]、重量法[6]进行测定，其操作繁琐、周期长、成本高，不适应于冶炼过程中快速分析，更不适应于炉前分析。电感耦合等离子体原子发射光谱[9-12]（ICP—AES），具有灵敏度高、分辨率好、准确度高、测定范围宽、检测限低和稳定性好等特性，其应用日益广泛。本方法通过王水分解样品，选择适宜的光谱谱线，优化ICP-AES测定各元素的仪器条件，正确扣除干扰背景，并在待测元素标准溶液中加入等量的纯铁标准消除了基体干扰。方法操作简便、成本低廉、分析速度快，满足生产需求。方法的检出限Si为17.0 μg·g-1、Mn为6.90 μg·g-1、V为7.20 μg·g-1、P为9.10 μg·g-1；方法的准确度(RE) Si为-2.75%～+3.92%、Mn为-6.09%～+2.07% 、V为-1.66%～+4.00%、P为-7.14%～+9.09%；方法的精密度(RSD) Si、Mn、V、P均小于3.25% 。

1 实验部分

1.1 仪器设备

美国TJA公司IRIS Advantage全谱直读等离子体光谱仪；分析天平，感量0.1 mg； 控温电热板；100 mL溶样瓶。

1.2 主要试剂

硝酸（优级纯1.42 g/mL）；盐酸（优级纯1.19 g/mL）；高纯铁（99.99%）；

硅标准溶液：1 000μg/mL；磷标准溶液：1 000 μg/mL；锰标准溶液：1 000μg/mL；钒标准溶液：1 000μg/mL；实验用水为去离子水。1.3 实验方法

1.3.1 试样溶解

称取0.100 0 g试样，置于100 mL溶样瓶中，加30 mL HNO3—HCl—H2O（1+3+10）混合酸，低温加热溶解，冷却至室温，用水稀释至100 mL，摇匀。

1.3.2 混合标准溶液配置：另取相同量的高纯铁 5份，加入同等量的混合酸，溶解、冷却，加入一定量1.2中的Si、Mn、V、P标准溶液，用水稀释至100 mL，使混合标准溶液浓度P、V为1.0μg/mL，Mn、Si为10.0μg/ mL，摇匀。

1.3.3 试样测试

点燃仪器等离子体，稳定 10 min以后，选择ICP-AES测定低合金钢中Si、Mn、V、P的最佳工作参数，利用 1.3.2混合标准溶液进行仪器的标准化。将待测溶液喷入等离子体，测定待测溶液中Si、Mn、V、P，仪器自动显示分析结果。

2 结果和讨论

影响ICP-AES测定待测元素分析强度的工作参数主要指仪器的泵速、雾化室压力、RF功率、辅助气流量、积分时间等。在对待测元素测定条件进行优化时，不仅要求具备稳定而且较高的灵敏度，同时要考虑较小的干扰效应。通过试验选择下述分析波长进行仪器条件优化试验Si 251.61 nm、Mn 293.93 nm、V 310.23 nm 、P 214.914 nm。

2.1 雾化室压力的选择

选择雾化室压力时，即要考虑强度值，又要考虑到雾化效果。采用1.00μg/mL的镉标液进行试验，结果见图1。

图1 雾化室压力实验Fig.1 The pressure experiment of atomizing chamber

由图1可知，当雾化室的压力达到22 psi时，镉的强度值较高而且雾化效果较好，因此，本试验选择雾化室的压力为22 psi。

2.2 辅助气流量的选择

采用1.3.2中Si、Mn、V、P混合标准，选择辅助气流量为0.5、1.0、1.5 L/min进行测定条件优化试验，结果见图2、图3。由图2、图3可知，不同大小的辅助气对V影响不大，但对Si、Mn、P的影响较大，所以辅助气选择0.5 L/min。

图2 辅助气流量实验Fig.2 The flow experiment of auxiliary gas

图3 辅助气流量实验Fig.3 The flow experiment of auxiliary gas

2.3 泵速的选择

采用1.3.2中Si、Mn、V、P混合标准，选择蠕动泵转速为80、90、100、110、120、130、140 r/min进行测定条件优化试验，结果见表1。

表1 蠕动泵转速实验Table 1 The rotation speed experiment of peristaltic pump

由表1可知，随着泵速增大，其IR值逐渐变大，达到一定值时，增大的幅度变小，而且蠕动泵的转速越快对泵管的损耗也相应加大，因此，本方法泵速选择蠕动泵转速为110 r/min。

2.4 积分时间的选择

采用1.3.2中Si、Mn、V、P混合标准，分别选择短波和长波的积分时间为1、5、10、15、20、25 s进行测定条件优化试验，结果见图4、图5。由图4、图5可知，长波积分在5～10 s，其IR值已趋于稳定，所以长波积分选择5 s；短波积分在15～20 s，其IR值已趋于稳定，所以短波积分选择15 s。

图4 短波积分时间实验Fig.4 The experiment of shortwave integration period

图5 长波积分时间实验Fig.5 The experiment of longwave integration period

2.5 酸度实验

合适的酸度对元素的强度影响较大，对分析结果的稳定性和准确性较为重要，试验选择1%、5%、10%、15%、20%的HNO3介质，对相同浓度的Si、Mn、V、P混合标准溶液进行强度值测定，结果见表2。

表2 酸度实验Table 2 The experiment of acidity

从表2可以看出，溶液的酸度在5%～15%时，Si、Mn、V、P的IR值较稳定，但溶液酸度较高时，Si易形成硅酸而析出，所以溶液的酸度控制在5%～10%。

2.6 铁基体实验

在Si、Mn、V、P混合标准溶液中加入不同量的高纯铁，Si、Mn、V、P的测定强度都有不同程度的降低，而且随着加入量的增大，降低的幅度也相应增大，因此，标准溶液中加入相应量的铁标准可消除基体产生的干扰。本方法试样称样量为0.100 0 g，标液中加入高纯铁0.10 g。

2.7 共存元素的干扰

V309.311 nm和V310.230 nm是两条较强的谱线，由于V309.311 nm受镁等元素的干扰较多，所以测定铸铁中V时，一般选择V310.230 nm谱线；Mn257.610 nm和Mn 259.373 nm两条谱线灵敏度较高，但受铁的干扰，分析时一般选择Mn293.930 nm；Si的谱线强度较低，所以测定Si时，一般选择灵敏谱线Si251.61 nm；P177.495 nm和P178.284 nm是两条很好的定量线。由于P177.495 nm和P178.284 nm两条谱线成像在检测器边缘，测定时稳定性较差，因此，分析时一般选择P214.914 nm谱线，但Cu会对其产生干扰，在P214.914 nm谱图中，右背景不用扣除，可以避免Cu214.897 nm对P214.914 nm产生的干扰。

2.8 方法检出限和测定限

按实验方法分别进行20个样品空白试验，在仪器最佳条件下测定 Si、Mn、V、P，以测定空白值加3倍标准偏差，同时考虑试样的称样量及稀释倍数计算方法的检出限，以测定空白值加10倍标准偏差，同时考虑试样的称样量及稀释倍数计算方法的测定限，结果见表3。由表3可知，方法的检出限Si为17.0 μg·g-1、Mn为6.90 μg·g-1、V为7.20 μg·g-1、P为9.10 μg·g-1；方法的测定限Si为35.2 μg·g-1、Mn为13.2 μg·g-1、V为14.9 μg·g-1、P为23.8 μg·g-1。

表3 方法的检出限和测定限Table 3 The detection limit and determination limit of the method

2.9 方法的精密度和准确度

称取4个低合金钢国家成分分析一级标准物质GBW01322、GBW01324、GBW01326、GBW01333和1个二级标准物质GBW（E）010195，按照实验方法步骤，平行测定12次，精密度、准确度结果见表4。结果表明，方法的精密度(RSD) Si为2.86%～3.25%、Mn为0.96%～1.26% 、V为0.12%～0.17%、P为 0.34%～0.42%，方法的准确度(RE) Si为-2.75%～+3.92%、Mn为-6.09%～+2.07% 、V为-1.66%～+4.00%、P为-7.14%～+9.09%，各元素测定结果误差全部符合国家允许差，完全能够满足生产的需要。

表4 方法的精密度和准确度(n=12)Table 4 Precision and accuracy tests of the method (n=12)

3 结 论

低合金钢等金属样品采用王水溶解—ICP-AES测定，一次溶解样品多元素同时测定，方法不仅操作简便、分析速度快，而且具有灵敏度高、精密度好、准确度高等特性，替代了传统的火焰原子吸收光谱法、光度法、容量法、重量法，极大的提高了工作效率。

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Determination of Si, Mn, V and P in Low-alloy Steel by ICP-AES

NIU Na1,CHENG Yi2,CHEN Hao-fengi2,ZHANG Ming- yi2,GUO Jia-fan2,WANG Lin2
（1. The Geology Mineral Institute for Research of Liaoning Province, Liaoning Shenyang 110032, China；2. Henan Rock Mineral Testing Center, Henan Zhengzhou 450012, China)

The sample of low alloy steel was decomposed by using aqua regia in a sample bottle of 100ml, spectral lines with less interference and high sensitivity were chosen, Si 251.6 nm, Mn 293.9 nm, V 310.2 nm, P 214.9 nm. By optimizing measurement conditions and eliminating matrix interference of ICP-AES for measured elements, the accuracy of the determination of Si, Mn, V, P in low alloy steels were improved, and the speed of analysis was greatly increased. The method is simple and sensitive, has good resolution, low detection limit and wide measurement range, the determination errors of the elements are in line with the demand. The method is not only applicable to the test of product and raw materials, but also suitable for quick analysis in front of furnace.

Inductively coupled plasma atomic emission spectrometer; Low-alloy steel; Silicon; Manganese; Vanadium; Phosphorus

O 657

： A

： 1671-0460（2015）04-0858-04

2015-01-16

牛娜，女，辽宁沈阳人，高级工程师，1993年毕业于长春地质学院工业分析专业，研究方向：岩矿分析方法研究。E-mail：13604184032@163.com。

王琳，女，教授级高级工程师，研究方向：贵金属分析方法研究。E-mail：wanglin0630@126.com。