直接扫描-ICP-AES法测定曲轴坯中痕量砷锑铋锡铅

陈安明　李群

摘 要：研究了用直接扫描模式-ICP-AES 法测定低合金钢中痕量砷锑铋锡铅的方法，建立了最佳工作条件，测定了各元素的检出限，测定下限，进行了干扰试验、精密度和准确度试验、实验室间比对试验。试验结果表明，本法简便、快速、准确，分析结果满意。

关键词：直接扫描模式;ICP-AES;低合金钢;砷锑铋锡铅

2019年资阳公司曲轴事业部与供货商签定CA100、CS100曲轴坯原材料供货合同时对五害元素有技术要求，其中砷和铅含量小于0.015%，铋锡锑含量小于0.005%。砷锑铋锡铅这五种元素被称为钢铁中的五害元素，它们通常为冶炼时由原材料铁矿石带入并残留在钢中的，含量一般不高于0.1%，多数优质钢材中要求不大于0.01%。对砷锑铋锡铅的分析方法，目前主要有国家标准规定的萃取--分光光度法，氢化物发生--原子吸收光谱法等。但湿法化学分析法试样前处理非常繁琐，测定周期较长，分析之前还需要富集，而且容易带来污染或损失。原子吸收法虽能分析部分元素，但试样前处理过程很复杂，对化学试剂的要求比较苛刻，并且不能同时测定。ICP-AES法则可以做到在一份试样溶液中同时对其所含的多个元素一次性测出，具有操作简单，检出限低，分析速度快，线性范围宽，结果准确可靠等特点，所以在国内外已经迅速发展成为一种广泛而普遍采用的常规分析方法。

本文利用ICPS-7510软件中的波长扫描模式功能，对钢铁中砷锑铋锡铅含量的测定进行了试验，选择出最佳试验条件及仪器参数。测定结果的精密度和准确度均令人满意。并参加了实验室间能力比对，即将我室结果与其他实验室的测定结果进行比较，两实验室测定结果取平均值，我室结果与该值进行比较，其绝对误差应符合GB4336-84要求。本法简便、快速、准确，用于实际生产中钢铁中痕量砷锑铋锡铅的测定，结果令人满意。

1 试验部分

1.1 主要仪器及试剂

日本岛津公司ICPS 7510等离子体发射光谱仪;

盐酸、硝酸：均为分析纯;

混合酸：盐酸：硝酸：水=1：1：2。

1.2 单元素标准储备液

单元素标准储备液1.00mg/mL。国家标准物质中心提供，使用时进行适当稀释。

1.3 仪器主要工作参数

RF发生器功率1.2kW，冷却气流量14L.min-1，等离子气流量1L.min-1，载气流量0.6L.min-1，积分时间3s，试样提升量1mL.min-1。

1.4 试验步骤

准确称取0.5000g样品于100mL钢铁两用瓶中，加混合酸10mL，低温加热溶解样品。冷却至室温，用蒸馏水定容。若有沉淀，需过滤，母液用于仪器测定。

1.5 工作曲线的绘制

分别称取0.5000g高纯铁（99.99%）4份于100mL钢铁两用瓶中，按试验方法1.4处理后，分别加入不同体积的单元素标准溶液，配制不同浓度的混合标准溶液，以不加标液的点作为空白，建立系列标准工作曲线，将溶液引入ICP光源，按仪器分析程序进行分析。

2 结果与讨论

2.1 溶样酸的选择

溶样酸的不同，使溶液的粘度和表面张力不同，从而使离子质点的运动速度及分布发生变化，导致谱线强度的变化。试验选择了三种溶样酸：（1+1+2）硝盐混酸、（2+3）硝酸+高氯酸、（1+1）硝酸+硫酸。试验结果表明，用混酸溶解试样，能很好地溶解试样中的砷锑铋锡铅，钢样溶解后溶液清晰无残渣，测定结果满意。而若用比较粘稠的硫酸或磷酸等溶样会使测定灵敏度降低。由于钢铁中砷锑铋锡铅的含量本身就很低，所以不宜采用硫酸或磷酸溶样。本法选择用（1：1：2）硝盐混酸溶解样品。

2.2 仪器工作参数的优化

射频功率、载气流量、观测高度是影响仪器分析性能的指标主要指标。为了减少分析中背景的干扰，必须对以上几项仪器条件进行优化。可根据灵敏度、信背比等指标进行优化。经过试验，仪器的各项参数如1.3所示。

2.3 分析谱线的选择

谱线的选择应遵循所选谱线灵敏度高、干扰少的原则。ICPS-7510光谱仪提供了谱线库、灵敏线、参考灵敏度以及分析线干扰元素和强度，为谱线选择提供了很多方便。因此首先在谱线库中查找几种元素的分析线，通过对几种元素的单元素溶液、带基体标准溶液的各条谱线进行扫描，将不同溶液中五种元素的谱图进行叠加、对照，记录谱线信号和背景强度（见表1）。比较同一元素几条可选分析线，从中选择干扰少、信背比高的谱线作为分析线。并且通过ICPS-7510光谱仪软件的背景校正功能，确定了适宜的背景校正点。

根据表1，本法选用的各元素的分析谱线分别为As 193.696nm，Sb 206.838nm，Bi 223.061nm，Sn 189.989nm，Pb 220.351nm。

2.4 元素扫描方式的选择

ICPS-7510提供了三种波长扫描方式：一种为标准模式（峰搜索）一般用于常规分析及在±0.02nm范围内无干扰峰的情况。第二种为直接扫描模式，适用于干扰峰距元素峰比较接近时的情况。第三种为波长固定模式，应用于干扰不能排除时的情况。本文选用直接扫描模式，因为即使按照2.3在谱线库中选择了干扰比较少的分析谱线，但是还是有一些元素的干扰峰距元素峰比较接近，为了使检测元素的标准曲线的线性比较好，并且使测定元素的检出限得到大大改善，本文选用直接扫描模式来扫描波长。具体做法是配制一个1～10ppm浓度范围的不含铁基体的峰捕捉样品（混合标液），在测定标准系列的第一个标准溶液前，先测定这个峰捕捉样品，让仪器依次按每个分析元素进行波长扫描，再接着进行标准系列的采集。

2.5 基体干扰的消除

试液中盐量的不同，粘度也随之不同，结果将导致提升量不一致。在钢铁中主要基体元素为铁，铁对As、Sn、Pb的分析有干扰。所以为消除铁基体影响，本法采用基体匹配法可有效消除基体效应。即在混合标准系列中加入与试样中含量接近的高纯铁与分析样品的基体进行匹配。

2.6 共存元素的相互影响

用每一种元素的系列标准溶液分别加入不同量的另外四种元素的溶液，进行元素间干扰试验。试验结果表明，每种杂质元素浓度在1?g/mL时对各分析谱线不产生相互干扰。

2.7工作曲线和相关系数

按步骤1.5，将标准系列溶液上机进行发射强度的测定，以各元素浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制工作曲线。结果表明，采用一次回归曲线效果较好，各曲线的线性回归方程和相关系数如表2。

2.8方法的检出限和测定下限

用所建立的标准曲线，测定空白溶液10次，测定结果的标准偏差的3倍作为检出限，检出限的20倍作为该方法的测定下限，见表3。

2.9 方法的准确度与精密度

为验证方法的准确可靠性，准确称取几个国家标准样品和钢铁试样按试验步骤1.4进行测定。计算了相对标准偏差（n=5）。并且将本室测定结果与标准值或其他实验室测定结果进行比对。结果见表4。

3 结论

①在本文选定条件下，对样品溶解、谱线的选择、干扰的消除等进行了大量试验，实现了对低合金钢中痕量砷锑铋锡铅多元素同时测定;

②通过对ICPS-7510等离子体发射光谱仪的软件的深度开发和利用，可以使测定元素工作曲线的线性大大改善，并相應降低检出限;

③该方法简便快速，准确度高，用于实际生产中低合金钢中痕量砷锑铋锡铅的测定，结果满意。

参考文献：

[1]杨俊铭，顾明通.实用冶金分析[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1990.

[2] GB/T223.6-1994，钢铁及合金分析方法[S].北京：国家技术监督局，1994.

[3]辛仁轩编.电感耦合等离子体光源-原理装置及应用[M].北京：光谱实验室编辑部，1984.

[4]郭德济.光谱分析法[M].重庆：重庆大学出版社，1990.

作者简介：

陈安明（1970- ），男，汉族，籍贯：重庆市潼南县，大学本科，高级工程师，研究方向：仪器分析。