国产微波消解仪在合金钢常量元素检测中的应用

来福

(1.北京出入境检验检疫局检验检疫技术中心, 北京 100026；2.上海屹尧仪器科技发展有限公司，上海 201108)

国产微波消解仪在合金钢常量元素检测中的应用

刘鑫1尚士进1高峰1刘来福1金晓静2齐国光2

(1.北京出入境检验检疫局检验检疫技术中心, 北京 100026；2.上海屹尧仪器科技发展有限公司，上海 201108)

采用快速高效的微波消解前处理方法，结合电感耦合等离子体发射光谱对合金标准物质中硅、锰、磷、硫、铜、钨、锡等元素进行测定，结果表明，选用HNO3∶HCL∶HF=3∶1∶1的酸配比消解效果最好，所得各元素均在质控范围内，回收率均在96%～103%之间，RSD(n=6)均在0.6%～2.2%之间。超高压的微波前处理结合电感耦合等离子体发射光谱的方法，具有消解效果好，操作快速简便等优点，能够满足合金钢等样品的日常监测需求。

超高压微波消解 ICP-OES 合金钢 常量元素

1 引言

目前，对于合金检测方法往往选择敞口湿法消解或熔融法，实际应用中，操作繁琐复杂，处理时间长。随着相关企业和领域对合金中元素的测定速度及准确性要求的提高，检测的方法因此逐步得到改进。

微波消解法是采用在密闭容器中微波加热反应的一种方法。样品可在高温高压条件下进行酸消解，具有偶然误差小、称样量少、消解快速完全等特点，因而得到广泛应用。采用微波消解法对合金进行处理，可以方便快速地实现合金样品的完全消解，满足检测要求。

电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)是20世纪80年代发展起来新的分析测试技术，具有检测限低、线性范围宽、干扰少、精密度高的特点，可进行多元素的同时快速分析，能适应复杂体系的痕量或超痕量元素分析，已在环保、冶金、地矿等领域得到了广泛的应用。本文采用微波消解技术对样品进行前处理，提高前处理的效率，并减少基体干扰，减少加入的酸的量，是一种环境友好的前处理方法。然后用ICP-OES仪对常量元素进行测定，建立了测定合金中元素检测的方法。

2 试剂及仪器

2.1 试剂

浓硝酸：优级纯；浓盐酸：优级纯；氢氟酸：优级纯；GBW01339低合金钢标准参考物质；实验室用水均为超纯水；硅、锰、磷、硫、铜、钨、锡等元素标液。

2.2 仪器

微波消解仪：TOPEX 10位，上海屹尧仪器科技发展有限公司；电感耦合等离子体发射光谱：NexION 350 Series，美国珀金埃尔默；分析天平；离心机；移液枪；玻璃容量瓶；实验中所用玻璃器皿使用前均经20%硝酸浸泡24h后，超纯水洗净烘干备用。

3 实验步骤

3.1 样品处理

称取样品0.2g(精确至0.01g)样品，置于100mL聚四氟乙烯的消解罐中，加HNO3∶HCL∶HF=3∶1∶1，若反应剧烈需静置待反应平稳后，装配消解罐运行微波消解仪，运行结束后，冷却至室温，将消解液转移至50mL容量瓶中定容，摇匀待测，微波消解程序见表1。

表1 微波消解程序

3.2 仪器条件

本方法选择的仪器工作条件为： 等离子气10 L/min， 辅助气0.2 L/min， 雾化器0.55 L/min，射频功率1300 W，泵速1.5 mL/min。此工作条件下，仪器性能满足实验的要求。

3.3 标准工作曲线

用2%(体积分数，下同)硝酸将混合标准储备液逐级稀释后，配制成浓度为：0、5、10、50、100 ng/L的混合标准溶液系列，在优化的仪器条件下，通过蠕动泵采集空白、标准溶液，仪器自动绘制校准曲线(表2)。

表2 各元素线性方程

4 结果与讨论

4.1 前处理方法选择

测定合金中常量元素，传统样品制备技术一般用酸溶法。酸溶法有常压混合酸消解法和微波消解法。常压混合酸消解法通常是王水消解，为保证消解完全，通常要加两次王水，因为是低温消煮，消解时间比较长，酸用量大，酸中杂质引起基体和空白污染。由于是敞开式消煮，也易造成交叉污染，空白值高，酸气对检测人员和环境也有很大的危害。

微波消解是一种崭新、高效的样品溶解技术。样品在密闭容器中通过微波加热使样品在较高压力和温度下在强酸和氧化剂作用下高效快速消解。它溶样时间短，试剂用量少，空白值低，基本避免了样品污染和元素损失，保证了测定的准确可靠，一次消解可以满足多种金属元素的测定，克服了常规消化需分开处理的不足之处，也降低了劳动强度，是目前最理想并且成熟的样品消解方法。

取合金钢国家标准物质，用常压消解法和微波消解法进行样品前处理对比并测定，结果见表3。表3比较了两种消解方法酸用量、消煮时间及检测国家有证标准物质的检测结果，从检测结果发现，样品测定值均在允许误差范围内，但是考虑工作效率和对环境的污染情况两个因素，实验最终选择微波消解法来处理合金。

表3 不同前处理方法对比

4.2 准确度及精密度实验

选取GBW 01339 合金钢标准物质，按照同样的处理方法，使用相同的前处理设备及后续检测仪器，每个样品6个平行，结果如表4，从表4中可以看出，实验室所测定的多有元素均在质控范围内，该方法准确可靠。

表4 各元素测定结果

5 结论

本方法采用微波消解的前处理方法结合电感耦合等离子体发射光谱对合金中常量元素进行分析，检测结果表明，该方法测定标准物质均在范围内，回收率符合要求，重现性高。

[1]董秋洪,聂根新,涂田华,等.食品中重金属污染对人体健康的影响及其对策[J].城乡致富 , 2003 (3) :37-38.

[2]张盼盼,王苗,张银凤,郭丹丹,王洋. 微波消解/ICP-OES法测定土壤中铜元素含量[J].化学推进剂与高分子材料, 2015 , 13 (2):91-93.

[3]赵明明,李丽华,张金生.MPT-AES法测定大米中铅和镉[J].食品研究与开发, 2015 (12) :103-105.

2017-10-04

刘鑫，高级工程师，liuxin@bjciq.gov.cn。

信息简讯

安徽光机所大气乙二醛外场测量技术取得新进展

近日，在科技部国家重点研发计划项目资助下，安光所张为俊研究员课题组在大气乙二醛(CHOCHO)探测方面取得新进展，相关研究成果以"Portable broadband cavity-enhanced spectrometer utilizing Kalman filtering: application to real-time, in situ monitoring of glyoxal and nitrogen dioxide"为题发表于美国光学学会(OSA)主办的Optics Express杂志上(Opt. Express, 25, 26910-26922, 2017)(SCI二区)。

大气乙二醛是反应性有机物降解过程中重要的中间态组分，是有机物降解机制及其对O3和细粒子生成影响研究的关键。课题组方波、赵卫雄等人研发了一套便携式高灵敏度宽带腔增强光谱仪，工作在440-480 nm 波段，实现了大气CHOCHO的在线测量。该仪器在光学结构和后端数据处理两个方面对传统的宽带腔增强技术做了改进：标准笼式结构设计及SMA光纤接头准直器，提高了光腔耦合效率，结构紧凑、稳定性好；采用自适应卡尔曼滤波(Kalman filter)技术后，在21s采样时间下，CHOCHO的测量精确度可达到8 pptv，达到国际领先水平。

该仪器将在反应性有机物大气环境作用的外场观测研究发挥重要作用，同时，所建立的方法，对宽带腔增强吸收光谱在大气痕量探测中的应用具有借鉴意义。(安徽光机所方波)

Applicationofdomesticmicrowavedigestioninstrumentinthedeterminationofmacro-elementsinalloysteel.

LiuXin1,ShangShijin1,GaoFeng1,LiuLaifu1*,JinXiaojing2，QiGuoguang2

(1.BeijingEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Beijing100026,China; 2.PreekemScientificInstrumentsCo.,Ltd.,Shanghai201108,China)

The contents of seven elements (Si, Mn, P, S, Cu, W, Sn) in the standard material of alloy steel were determined by high-efficient microwave digestion combined with inductively coupled plasma mass (ICP-MS). The result indicated that the optimal digestion condition was HNO3∶HCL∶HF=3∶1∶1. Under the pretreatment condition, the seven detected elements were all within the scope of standard control, The spike recovery ranged from 96% to 103% with a relative standard deviation (RSD, n=6) of 0.6%-2.2%. This method was simple, rapid, effective and suitable for routine detection of alloy steel samples.

ultrahigh pressure microwave digestion instrument; ICP-OES; alloy steel; macro-elements

北京市科技计划课题《国产分析仪器验证与综合评价市场化推广研究与实践》(Z161100003016006)资助。

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.06.029