一种快速测定铬钼钢中砷锡锑元素质量分数的实验方法①

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(1.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃 兰州 730070；2.机械工业上海蓝亚石化设备检测所有限公司，上海 201518)

铬钼钢是石油化工行业中常用的一种合金，其淬火性好，可进行深度淬火，具有高强度、高硬度、耐磨损及抗高温等特性，常被用于制造耐高温、高压的压力容器。砷(As)、锡(Sn)、锑(Sb)是钢中常见的残余有害元素，在铬钼钢中，这些有害元素含量超出一定范围就会严重影响钢的质量和性能，特别是钢的力学性能[1]。因此，对这些有害元素进行准确检测非常重要。

国内科学工作者针对上述有害元素的检测进行了大量研究，并探索出了一系列的分析检测方法，包括化学分析法、分光光度分析法、光电直读光谱分析法、辉光放电原子发射光谱分析法、原子吸收光谱分析法、荧光光谱分析法及电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析法。其中ICP-AES分析法具有检出限低、准确度高、线性范围宽且多种元素可同时测定等优点，在国内外已迅速发展为一种极为普遍、适用范围广的常规分析方法，但是采用ICP-AES技术直接同时测定As、Sn、Sb的研究报道并不多见[2-17]。

笔者通过大量实验，探索出了一种利用ICP-AES技术同时测定铬钼钢中As、Sn、Sb元素的分析方法。实验检测证明，该方法简便、快捷，其精度和准确度满足同时快速测定铬钼钢中As、Sn、Sb元素质量分数的需求。

1 ICP-AES分析法测定实验

1.1 仪器和试剂制备

实验中采用的仪器为ICPE-9000全谱等离子体发射光谱仪和精度为万分之一的分析天平。

实验所用硝酸、盐酸等的等级均为分析纯，实验用水为超纯去离子水。所用标准溶液均为采购时带有标准证书的的标准溶液。玻璃器皿，包括仪器进样系统均用质量分数10%硝酸溶液浸泡24 h后，用去离子水冲洗干净，干燥备用。

在搅拌条件下，将60 mL盐酸缓慢加入150 mL水中混合均匀，制备成质量分数10%的盐酸溶液。在搅拌条件下，将20 mL硝酸缓慢加入110 mL水中混合均匀，制备成质量分数10%的硝酸溶液。

准确移取 1 mL质量浓度为1 000 mg/L的As标准溶液、2 mL质量浓度为500 mg/L的Sn标准溶液、2 mL质量浓度为500 mg/L的Sb标准溶液于100 mL容量瓶中，加入10%(质量分数)盐酸溶液定容摇匀，制备成质量浓度为10 mg/L的As、Sn、Sb混合标准溶液。

准确移取质量浓度为100 mg/L的钇(Y)标准溶液 1 mL于100 mL容量瓶中，加入10%(质量分数)硝酸溶液定容摇匀，制备成质量浓度为1.00 mg/L的Y标准溶液。

1.2 实验方法

称取6份0.500 0 g高纯铁(铁质量分数不小于99.8%)置于100 mL钢铁量瓶中，加5 mL盐酸、5 mL硝酸混酸及10 mL去离子水。

低温加热至试样溶解，溶液澄清。若无法澄清，采取0.45 μm微孔过滤膜抽滤不溶物。待试样全溶后冷却至室温，移入100 mL容量瓶中，分别加入0、1、3、5、10、30 mL的As、Sn、Sb混合标准溶液及Y标准溶液做内标(分析线为371.070 nm)，定容待测。内标法即加入内标元素Y对测定元素进行标定检测。

1.3 测量条件和分析线选择

ICPE-9000全谱等离子体发射光谱仪稳定后设定仪器测试条件，雾化器类型为同心，矩管设为标准类型，雾化室为旋流，等离子气体积流量14 L/min，辅助器体积流量1.2 L/min。采用标准溶液法制备工作曲线，选择干扰少且灵敏度能够满足测定要求的谱线进行测定。根据元素含量的多少，选择轴向观测或纵向观测。

设定的3种元素的ICP-AES分析法分析线及观测方式见表1。

表1 ICP-AES分析法分析线及观测方式

载气流量和功率是ICP-AES法的分析要素，其中载气流量是关键因素，主要影响分析物在ICP通道内的停留时间和对分析物的稀释作用。通过实验确定载气体积流量0.7 L/min、高频功率1.35 kW为最佳条件。

2 ICP-AES分析法测定实验结果与讨论

2.1 标准工作曲线

根据ICP-AES分析法检测绘制的3种元素标准工作曲线见图1。

由图1可以看出，所测试的3种元素的线性相关系数r分别为0.999 49、0.999 91、0.999 76，均大于0.999 4，线性关系良好，重复性良好，定量准确，满足测试要求。

图1 3种元素的测定标准工作曲线

2.2 影响因素

2.2.1盐酸及硝酸

ICP-AES检测分析时，一般都是盐酸作为反应介质，硝酸用于消解试样。若单纯采用盐酸，其与砷化物易生成AsH3而挥发。盐酸与硝酸的比例对检测信号有非常大的影响，实验表明，盐酸∶硝酸∶水的体积比为1∶1∶2时，检测信号比较稳定。

2.2.2基体元素及其他金属元素

基体元素Fe对As、Sn、Sb元素的测定存在严重干扰，实验中采取基体匹配办法，即在标准溶液中加纯铁粉来克服基体效应。

铬钼钢中存在Mn、Ni、Mo等干扰元素，实验中采用内标法及仪器软件的背景扣除功能基本可以消除这些金属元素的干扰。

2.3 分析方法检出限

对高纯铁空白溶液连续测定10次，以3倍空白溶液浓度的标准偏差计算ICP-AES分析法的各元素检测限，得到As、Sn、Sb元素的检出限分别为0.001 0%、0.000 7%、0.000 6%。

2.4 分析方法精密度

分别称取5份0.5 g高纯铁，按照上述实验方法进行溶解，配成各元素质量分数均为0.020%的5份混标溶液，在最佳分析条件下测定得到各元素分析方法精密度，结果见表2。

表2 ICP-AES分析法各元素分析方法精密度

2.5 分析方法准确度

采用文中所述实验方法测量了12Cr1MoV、26Cr2Ni4MoV、35CrMoV以及32Cr2MoVA这4种铬钼钢标准样品中As、Sn、Sb元素的质量分数，并将实际测量数据与对应标准样品标准值进行了比较，见表3。

表3 铬钼钢标准样品中As、Sn、Sb元素质量分数比较 %

由表3数据可以计算，4种材料中As、Sn、Sb元素质量分数的实测数据与标准值的绝对误差不大于0.02%，相对标准偏差小于3.0%，测定结果的精度和准确度均较高。

3 结语

根据文中所述测定铬钼钢中As、Sn、Sb元素质量分数的ICP-AES分析方法，对12Cr1MoV、26Cr2Ni4MoV、35CrMoV及32Cr2MoVA标准样品中As、Sn、Sb元素质量分数进行测量，并比较其实测值与标准值。测量绝对误差不大于0.02%，相对标准偏差小于3.0%。该ICP-AES分析方法简便、快捷，可缩短分析操作周期，节约试剂消耗，其精度和准确度完全能够满足铬钼钢中As、Sn、Sb元素质量分数的快速检测需求。