电感耦合等离子体发射光谱测定合金钢中低含量铌的方法改进

李姿儒 , 黄义伟

(柳州钢铁股份有限公司 , 广西 柳州 545002)

YB/T 4395—2014《钢钼、铌和钨含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法》采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)进行分析,改善了传统方法中操作繁琐的问题。但此法的实际使用过程中,有时出现样品溶解不完全、待测铌元素水解等问题,导致测定结果不稳定。可能的原因是高氯酸冒烟后,析出的盐类后期不能完全溶解至溶液中,且酒石酸由于极易与金属离子络合,它的加入也大大增加了基体效应。因此,对此方法进行改进,采用硝酸—氢氟酸对试样进行前处理,再利用ICP-OES对钢中铌含量进行分析测定。实验结果显示,分析结果与原方法准确度相近的前提下,精密度更好,为测定合金钢中低含量铌提供可靠的改进方案。

1 实验部分

1.1 实验原理

在样品前处理的过程中,加入少量HF引入F-使 Nb在溶液中形成[NbF7]2-。

[NbF7]2-的形成使Nb能够稳定地存在于溶液中,对Nb的反应活性进行提高,使得 ICP的测定过程中离子强度显著增加[1]。需要注意的是,配制标准曲线使用的标液中也需要含有一定量的F-,需要保证标准溶液及待测样品溶液的基体趋于一致,否则易造成测定结果系统偏高[2]。

1.2 仪器和试剂

试剂:氢氟酸,优级纯,西陇科学化工;硝酸,分析纯,天津富宇化工试剂厂;盐酸,分析纯,西陇科学化工。

仪器:电子天平,ME204E,梅特勒-托利多;电感耦合等离子体发射光谱仪,ICAP7400,赛默飞。

1.3 实验方法

称取0.2 g(精确至0.000 1 g)样品于150 mL锥形瓶中,用蒸馏水洗一圈将样品打散,加入2 mL氢氟酸及25 mL(1+3)硝酸,于电炉上低温溶解20 min。若此时仍有不溶物,加入5 mL浓盐酸,继续加热至溶液冒大泡后,取下,冷却至室温,使用2%氢氟酸冲洗过滤,使用蒸馏水定容至100 mL容量瓶中。

1.4 工作曲线与检出限

1.4.1工作曲线的建立

按本方法称取一系列0.2 g高纯铁样品作为基体,有效期内的铌标准溶液GSBG62034—90(1 000 mg/L)配制梯度浓度的标准溶液,采用电感耦合等离子体发射光谱进行测定,绘制出工作曲线,此法作出的工作曲线线性较好。工作曲线配制见表1。

表1 工作曲线配制表

1.4.2检出限的确定

按本方法称取0.2 g高纯铁样品,在建立工作曲线相同的条件下重复测定11次,并以3倍标准偏差作为检出限。

线性回归方程:y=376.217 2x+3.938 0;相关系数R2,0.999 98;检出限为0.002 3%。

2 方法验证

2.1 曲线准确性验证

为了验证方法的准确性,抽取生产样品,将本法的测定结果与YB/T 4395—2014《钢钼、铌和钨含量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法》测得值进行了比较,允差参考YB/T 4395—2014中再现性R值。其部分结果见表2。

表2 本法与YB/T 4395 Nb比对数据表 %

比较发现,本法的实验结果在允许误差内,能满足工作分析需求。

采用标准物质,将本法的测定结果与标称值进行了比较,允差参考YB/T 4395—2014中再现性R值。其部分结果见表3。

表3 本法与标准物质标称值比对数据表 %

将本法测得值与标准物质标称值对比发现,实验结果在允许误差范围内,能满足日常工作的分析需求。

2.2 方法精密度验证

为了检测本方法的精密度,随机抽取了试样G20700,平行测定8次(0.035%、0.034%、0.035%、0.035%、0.033%、0.033%、0.034%、0.035%),结果计算相对标准偏差为2.6%。实验结果表明,该方法精密度良好。

3 结论

通过优化中低合金钢中铌含量测定分析方法,有效测定合金钢中低含量铌,快速准确对样品成分进行分析,为转炉炼钢加料提供数据参考依据,分析速率得到大幅提升。Nb测定范围0.01%～0.20%;RSD可达到2.6%(n=8)。