ICP-OES法测定硅铁中铁含量*

田小亭

(内蒙古金属材料研究所，内蒙古 包头 014034)

硅铁就是铁和硅组成的铁合金。硅铁是以焦炭、钢屑、石英(或硅石)为原料，用电炉冶炼制成的铁硅合金。由于硅和氧很容易化合成二氧化硅，所以硅铁常用于炼钢时作脱氧剂，同时由于SiO2生成时放出大量的热，在脱氧的同时，对提高钢水温度也是有利的。同时，硅铁还可作为合金元素加入剂，广泛应用于低合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中，硅铁在铁合金生产及化学工业中，常用作还原剂。

硅铁中铁元素检测无国家标准或者行业标准，实验室以三氯化钛还原-重铬酸钾容量法检测为主，此方法检测周期长、操作烦琐，不能更好更快地服务客户。ICP法具有检出限低、线性范围宽、光谱干扰少、精密度好、检测速度快等优点[1]。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

iCAP7400型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪(美国热电)，仪器控制软件TEVA。硝酸，ρ=1.42g/mL；氢氟酸，ρ=1.15g/mL；高氯酸，ρ=1.67g/mL；盐酸，ρ=1.19g/mL；铁标准溶液，1000ug/mL，直接购买。所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器工作条件

仪器主要参数：工作高频27.12MHz，输出功率1150W，冷却气流量16L/min，辅助气流量0.5L/min，蠕动泵转速100r/min，垂直观察高度15mm，雾化器压力26psi，积分时间：长波15s，短波30s。

1.3 试验方法

准确称取0.1000g，粒度不大于0.125mm的试样。随同试样做空白。将试样置于200mL聚四氟乙烯烧杯中，加入10mL硝酸，滴加10mL氢氟酸，因反应剧烈，边加边摇动，至试样溶解完全，加入5mL高氯酸冒烟至近干，取下冷却，用少量水冲洗杯壁，加5mL盐酸，加热溶解盐类，冷却至室温。将试液过滤至100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

1.4 工作曲线的配制

硅铁硅为主含量，加氢氟酸，高氯酸冒烟，可消除硅元素干扰。分别移取铁标准溶液0mL、5mL、10mL、15mL、20mL、25mL于100mL容量瓶中，铁元素工作曲线浓度为0ug/mL、50ug/mL、100ug/mL、150ug/mL、200ug/mL、250ug/mL。

2 结果与讨论

2.1 分析谱线的选择

ICP灵敏度高，线性范围宽，每个元素有很多条谱线，选择合适的谱线非常重要。选取两个硅铁标准物质GBW(E)010398和GBW01432，选取铁元素四条分析线进行试验，结果见表1。

表1 分析谱线试验结果

由表1结果可知：低强度谱线239.562、240.488结果准确度低于高强度谱线259.940、238.204。考虑被测元素含量及准确度，选择谱线259.940nm作为分析谱线。

2.2 试样分解研究

试样的消解是成分分析检测试验的关键。按试验方法分别加入不同比例的硝酸、氢氟酸、高氯酸、盐酸对试样的消解效果进行试验。试验结果表明硝酸用量10ml、氢氟酸用量10ml、高氯酸用量5ml，盐酸用量5ml、测定结果比较稳定。溶样时，加热板温度不宜过高，否则酸蒸发过快，试样来不及消解完全，造成测试结果偏低。

2.3 称样量的研究

国标要求称样量是一个特定的值或者一个小区间的特定范围。称样量小，有利于样品的消解，但同时会导致所分析的样品欠缺足够的代表性；而称样量大，会增加消解酸的用量，增加成本且不利于样品在酸溶液中的分散。在保证结果准确度的前提下，选择合适的称样量即有利于样品消解又有利于节能减耗。选取硅铁标准物质GBW01432进行称样量试验，结果见表2。

表2 称样量试验结果

如表2结果可知：称样量不同测试结果基本一致。说明本实验拟合的试样分解方法不仅能充分满足检测员在称样时的称样量选择度，而且还能满足含铁量更高的硅铁的检测任务。但为了保证选样的代表性，此处建议称样量选择为0.1000g。

2.4 分析谱线的线性方程、相关系数

选取铁元素谱线259.940nm，设定仪器最佳工作条件，测定铁元素工作曲线，线性及相关系数如图1所示。

图1 工作曲线

由图1可知：铁元素相关系数0.9997，大于0.999，符合ICP的一般要求。在工作曲线下运行多遍空白，计算方法检出限为0.459%。

2.5 干扰试验

硅铁中硅和铁为主含量，硅基体对铁元素发射强度有影响，且对强度的增感或抑制是同时存在的，溶解样品时加氢氟酸，硅元素与氟元素生成SiF4，高氯酸冒烟赶走SiF4，消除硅元素干扰。杂质元素铝、钙含量居多，铝、钙元素高强度谱线都在300nm以上，与铁元素谱线259.940nm不存在干扰，其余杂质元素含量很低，干扰可以忽略不计。

2.6 样品分析

按照上述分析谱线、试样分解、称样量、工作曲线条件试验得出的最优方案，选取两个硅铁标准物质GBW(E)010398和GBW01432平行测定11次，结果见表3。

表3 测试结果与标准值对照表

由表3结果可知：两个硅铁标准物质的十一组测定值与标准值最大误差均不超过标准值的5%，准确度符合化学分析方法的一般要求。经过计算GBW(E)010398和GBW01432两个标准物质的相对标准偏差分别为0.321%和0.396%，符合化学分析方法的一般要求，说明该试验拟合的整套分析方法对于硅铁中铁元素检测具有很好的应用潜力。

3 结语

通过上述系列研究结果表明：准确称量0.1000g硅铁样品于200mL聚四氟乙烯烧杯中，加入硝酸、氢氟酸溶解，加高氯酸冒烟，补加盐酸溶解盐类，采用Fe的259.940nm分析谱线，利用电感耦合等离子体发射光谱仪能准确、快速地进行硅铁中Fe含量的测定。同时该方法还具有操作简易、线性范围宽、准确度高、便于检验员操作的优点。