电感耦合等离子体发射光谱法测定复合钒氮中的钒、锰、硅含量

王玉慧 艾兵权 袁辉 张永顺 孙雪涛

（河钢集团唐钢公司 河北唐山 063000）

1 前言

复合钒氮合金作为一种新型优良的炼钢添加剂，和钒氮合金一样，在提升钢的耐磨性、耐腐蚀性、韧性、强度，硬度、抗疲劳性及焊接性能等方面发挥着重要的作用，其作用机理在于钒合金元素同碳、氮间隙原子反应形成高熔点、高硬度的碳、氮化物。 这些化合物在钢中起到弥散强化和沉淀强化的双重作用[1]。 同时，复合钒氮的加入可以大幅降低炼钢成本。 例如， 钒氮合金化钢筋比普通钢筋用量减少10%～14%左右，可节约微合金化成本约10%[1]。

目前， 针对复合钒氮合金化学成分检验尚无相关国家标准分析方法，也没有相应的标准样品，因此本文采用ICP-OES 技术[2-3]，通过优化仪器最佳工作参数、新建合适的分析谱线，试验了溶样方法，利用同一母液，一次性完成了复合钒氮合金中的V、Mn、Si 3 种元素的测定。

2 实验部分

2.1 主要仪器及工作条件

Optima8300 电感耦合等离子体发射光谱仪（美国 PE 公司）。 ICP-OES 工作条件[4-5]如下：高频发射功率为1 300 W；辅助气流量为0.2 L/min；雾化气流量为0.55 L/min； 等离子气体流量15 L/min 观测高度为15 mm，垂直观测；光源稳定时间为15 s；正常样品流速1.5 mL/min；样品冲洗时间为30 s。

2.2 主要试剂

盐酸，分析纯，ρ 约 1.19 g/mL；过氧化钠，分析纯；钒、钇标准溶液（国家钢铁材料测试中心）：0.1 mg/mL；锰、硅标准溶液（国家钢铁材料测试中心）：1 mg/mL；实验用水均为三级水，电阻率≥18.25 MΩ·cm。

2.3 实验方法

2.3.1 样品的制备

准确称取0.200 g 试料， 精确至0.000 1 g 于预先盛有3 g 过氧化钠的镍坩埚中，加2 g 过氧化钠覆盖。 于700℃马弗炉中熔融约15 min，至试样全部熔解。 取出，冷却至室温。 于预先盛有100 mL 热水的500 mL 聚四氟乙烯烧杯中浸出熔块， 用水清洗坩埚，加盐酸（3.1）酸化至溶液清亮并过量5 mL。

将溶液冷却后移入200 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。 吸取该溶液10 mL 于100 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。 此溶液作为测定钒、锰、硅的样品储备溶液。同时以相同条件制试剂空白。用相应标准溶液， 按仪器工作条件对样品与试剂空白进行检测，最后结果扣除试剂空白。

分取样品储备溶液及试剂空白10 mL 于100 mL 容量瓶中， 加 10 mL 钇标准溶液，5 mL 盐酸，用水稀释至刻度，混匀，待测。

2.3.2 标准曲线的配置

移取空白试液10 mL 于100 mL 容量瓶中，加5 mL 盐酸，用水稀释至刻度，混匀。 此溶液作为校准曲线空白溶液。

移取空白试液10 mL 于100 mL 容量瓶中，加10 mL 钇标准溶液，5 mL 盐酸， 按照表1 加入被测元素的标准溶液， 其中所用Mn 标准溶液是将1.2中试剂稀释至0.2 mg/mL。用水稀释至刻度，混匀。此溶液作为校准曲线溶液（表1）。

表1 制作标准曲线的标准溶液系列

3 结果与讨论

3.1 样品的溶解

实验表明： 溶解复合钒氮合金的试剂有： 体系（1）配制，量取50 mL 混酸溶解试样，结果试样未发生反应，完全不溶解。 体系（2）配制 1+1 HNO3溶液20 ml，溶解试样。 结果表明，试样未发生反应，完全不溶解。 体系（3）将试样加入预先盛有3 g 过氧化钠的镍坩埚中，加2 g 过氧化钠覆盖，于700℃马弗炉中熔融约15 min，至试样全部熔解。 取出，冷却至室温。 于预先盛有100 mL 热水的500 mL 聚四氟乙烯烧杯中浸出熔块，用水清洗坩埚，加盐酸酸化至溶液清亮并过量5 mL。 因此实验选择体系（3）碱熔后再酸溶解的方式溶解样品。

3.2 校准曲线

根据样品中各个元素的含量， 将配制好的标准溶液（1.3.2）使用Optima8300 电感耦合等离子体发射光谱仪进行校准测定。 以各个元素的质量分数对谱线强度绘制校准曲线。 其线性回归方程及相关系数见表2。

表2 各元素线性回归方程及相关系数

3.3 分析谱线

3.3.1 共存元素干扰

根据谱线干扰情况[6-7]以及仪器推荐的优先级谱线，初选了各元素的分析谱线。对标准系列溶液以及样品溶液分别进行测定， 根据回归系数及谱图情况等考察了各谱线的干扰情况。 其中V（290.880 nm）和 V（310.230 nm），是 2 条较强的谱线，但是 V（310.230 nm）谱线受铁元素的影响，同时根据表2 中的线性回归方程相关系数， 选择V 的谱线290.880 nm。Mn（257.610 nm）和 Mn（259.372 nm）两条谱线灵敏度高，比较表2 中两者的相关系数，故选择Mn 的谱线259.372 nm。 Si 的谱线强度较低，所以测定Si时，一般选择灵敏谱线251.611 nm。同理择优选择钇内标谱线为Y371.029 nm。 各元素的校准曲线的线性图谱见图1。

图1 各元素校准曲线线性图

3.3.2 背景校正

从基体干扰干扰小、灵敏度高、信噪比大等方面分析选择待测元素的谱线， 并作出相应的背景扣除，有效地减小了背景的影响。综合考虑，最终确定了待测元素的分析线和背景校正方法[8]，具体见表3。

表3 各元素分析波长和背景校正

3.4 方法的精密度与检出限

按实验方法对复合钒氮合金进行V、Mn、Si 元素的测定，然后以该样品溶液作底液，分别加入10 mL 各被测元素的标准溶液， 其浓度如2.2 所示，作加标回收试验和精密度试验[9-10]，并计算各元素的回收率和相对标准偏差，结果见表4。

再同时加入各被测元素10mL 的标准溶液，其浓度如2.2 所示，作加标回收试验和精密度试验，并计算各元素的回收率和相对标准偏差，结果见表5。

表4 分别加入被测元素测得的回收率和精密度实验结果

表5 同时加入被测元素测得的回收率和精密度实验结果

由表4 可知，利用ICP-0ES 法测定复合钒氮合金进行V、Mn，Si 元素含量， 相对标准偏差均小于1%，加标回收率在99.6%～102.4%之间。说明试样溶液体系中共存离子的影响可忽略， 该法可保证测量结果的准确度和精密度，满足快速分析的要求。

4 结论

利用ICP-OES 技术同时测定复合钒氮合金中的多种元素的方法，操作简便快捷，干扰元素少，适应性强，分析周期短，结果可靠，重现性好，加标回收率高，能够满足测定的需要。