微波消解-ICP-AES法測定碳化鉻中Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti
（鋼研納克檢測技術(shù)有限公司， 北京 100094）
摘要： 采用微波消解法進行溶樣, 以ICP-AES法測定碳化鉻中的Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti含量。選擇了合適的分析線，Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti的檢出限為0.0003mg /L～0.01mg /L , 回收率為85%～115%。該方法適用于碳化鉻中Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti含量的快速分析。
關(guān)鍵詞：微波消解；ICP-AES; 碳化鉻；Al；Ca；Co
碳化鉻具有很多優(yōu)異的性能，尤其是作為硬質(zhì)合金的晶粒長大的抑制劑得到了廣泛的應(yīng)用。其作用機理為：合金燒結(jié)時，碳化鉻優(yōu)先溶解在Co 相中阻止WC向Co相溶解，從而有效地阻止WC的溶解析出過程；在冷卻階段，碳化鉻則固溶在Co相中，固溶強化了粘結(jié)相。此外，碳化鉻亦可作為噴涂粉使用，例如，碳化鉻- 25%NiCr 噴涂粉在高溫下具有較好的抗氧化性、抗腐蝕性和耐磨性、因而在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的研究。準確、快速分析碳化鉻中各元素的含量具有重要的實際意義。
相對于傳統(tǒng)的濕式消解法和馬弗爐高溫灰化法, 微波消解作為一種較新的樣品處理技術(shù)具有一系列的優(yōu)點：1)加熱快、升溫高、消解能力強, 大大縮短了溶樣時間；2)消耗酸溶劑少, 空白值低；3)避免了揮發(fā)損失和樣品玷污, 回收率高，提高了分析的準確度和精密度，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在ICP-AES法的樣品前處理方法中[1-3]。相對于傳統(tǒng)化學(xué)分析方法, ICP-AES具有檢出限低、精密度好、動態(tài)范圍寬、分析速度快、多元素同時測定等優(yōu)點，在金屬材料分析中已經(jīng)廣泛應(yīng)用。碳化鉻中鉻、鐵、硅等元素的化學(xué)分析方法已有相應(yīng)的行業(yè)標準[4-6]，但是對于其中的痕量雜質(zhì)元素使用ICP-AES法測定報道很少。
結(jié)合前處理微波消解法，本文采用鋼研納克生產(chǎn)的單道掃描ICP光譜儀成功測定了碳化鉻中的Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti等元素。
1 實驗部分
1.1 儀器及參數(shù)
Plasma1000單道掃描電感耦合等離子體光譜儀（鋼研納克檢測技術(shù)有限公司）：高純氬（純度≥99.999%）；光柵為3600條/mm；功率1.15 Kw；冷卻氣流量18.0 L/min；輔助氣流量0.8 L/min；載氣流量0.2 L/min；蠕動泵泵速20 rpm；觀測高度距功率圈上方12 mm，同軸玻璃氣動霧化器，進口旋轉(zhuǎn)霧室，三層同軸石英炬管，中心管2.0 mm。
EXCEL 全功能型微波化學(xué)工作平臺(上海乞堯)。
1.2 試劑
硫酸ρ≈1.84 g/ml,優(yōu)級純，北京化工廠；硝酸，ρ≈1.42 g/ml,優(yōu)級純，北京化工廠；氫氟酸，ρ≈1.14g/ml,優(yōu)級純，北京化工廠；鹽酸，ρ≈1.18g/ml，優(yōu)級純，北京化工廠；高純鉻（99.99%），北京中金研新材料科技有限公司；Al、Ca、Co、Fe、Mo、V、Ti的標準溶液質(zhì)量濃度均為1000 μg/ml，Si的標準溶液質(zhì)量濃度均為500 μg/ml國家鋼鐵材料測試中心；所用溶液用水均為二次去離子水。
1.3 樣品處理
稱取試樣0.1 g (精確至0.0001g) 于聚四氟乙烯微波消解罐中, 加入2.5mLH2SO4、5.5mL HNO3、2mLHF, 按照設(shè)定的消解程序(如表1所示)進行微波消解, 為避免反應(yīng)過于劇烈, 采用程序升溫的方法進行消解。消解完畢后,轉(zhuǎn)移定容至100mL, 待測。隨同做試樣空白試驗。
2 結(jié)果與討論
2.1 分析譜線的選擇
對于同一種元素， ICP-AES 法理論上可以有多條譜線進行檢測，但在實際樣品測試過程中由于基體和其他元素的干擾，并不是所有的譜線都可以選用。因此，進行光譜掃描后，應(yīng)該根據(jù)樣品中各待測元素的含量及譜線的干擾情況，選則靈敏度適宜、譜線周圍背景低且無其他元素明顯干擾的譜線作為元素的分析線，譜線選擇結(jié)果見表2。
表2 各元素分析線
元素 Al Ca Co Fe Mo Si V Ti
譜線/nm 396.152 393.366 238.892 238.204 202.030 251.612 309.311 337.280
2.2 方法的檢出限
以空白溶液測定10次的標準偏差的3倍所對應(yīng)的濃度作為檢出限。Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti檢出限見下表。由表可見, 各元素的檢出限可以滿足日常檢測要求。
表3 各元素檢出限
元素 Al Ca Co Fe Mo Si V Ti
檢出限/（mg /L） 0.01 0.0003 0.003 0.001 0.003 0.01 0.002 0.002
2.3加標回收試驗
按照選定的ICP工作條件和微波消解程序, 在樣品中分別加入Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti混標溶液進行加標回收試驗, 回收試驗結(jié)果列于表4。由表4可知, 待測元素Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti的加標回收率在85 %~115 %之間, 表明本方法準確可靠。
表4 方法的加標回收
元素 本底值 加標量 測定均值 回收率
/(mg /L) /(mg /L) /(mg /L) /%
Al 0.042 0.040 0.088 115
Ca 0.283 0.100 0.385 102
Co 0.089 0.100 0.195 106
Fe 0.333 0.100 0.426 93
Mo 0.042 0.040 0.078 90
Si <0.01 0.040 0.034 85
V 0.058 0.040 0.100 105
Ti 0.008 0.010 0.017 90
2.4 實際樣品的測定
對碳化鉻實際樣品按照本文方法進行分析，分析結(jié)果見表5。
表5 實際樣品分析結(jié)果
樣品 含量w/%
Al Ca Co Fe Mo Si V Ti
Cr3C2 0.004 0.028 0.009 0.033 0.004 <0.001 0.006 0.0008
3 結(jié)論
本方法利用微波消解前處理, ICP- AES法測定碳化鉻中的Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti含量, 具有樣品前處理簡便、有效待測元素損失較少、分析精密度高及分析速度快等有點。此方法簡便、準確, 適用于碳化鉻中的Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti的快速測定。
參考文獻
[1] 成勇、彭慧仙、袁金紅等，《微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎢基硬質(zhì)合金中鈷鎳鐵鈮鉭釩鉻》[J] 冶金分析(Metallurgical Analysis),2013,33(3):50-54.
[2] 胡德新、王昊云、王兆瑞 等，《微波消解樣品-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鉛精礦中鉛、砷、鎘、汞》[J] 理化檢驗（化學(xué)分冊)（Physical Testing and Chemical Analysis（Part B:Chemical Analysis））,2012,48(7)：828 -830.
[3] 于成峰、李玉光、王晗 等，《微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定氧化鐵粉中14種元素》[J] 冶金分析(Metallurgical Analysis),2009,29(1):35-39.
[4]YS/T 422.1-2000《碳化鉻化學(xué)分析方法 鉻量的測定》(S).
[5]YS/T 422.3-2000《碳化鉻化學(xué)分析方法 鐵量的測定》(S).
[6]YS/T 422.4-2000《碳化鉻化學(xué)分析方法 硅量的測定》(S).

Plasma2000測定碳化硅中的雜質(zhì)元素
關(guān)鍵詞：Plasma2000，ICP-OES，碳化硅，陶瓷，全譜瞬態(tài)直讀
前言
金剛砂又名碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生產(chǎn)綠色碳化硅時需要加食鹽）等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅由于化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好，廣泛用于耐火材料、脫氧劑、電熱元件等。由于粉體的純度與其成型、燒結(jié)、加工以至產(chǎn)品終性能密切相關(guān)，因此配合粉體的制備和應(yīng)用，進行碳化硅粉體組分分析和純度評定，是開發(fā)新產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)。隨著使用環(huán)境的苛刻要求，碳化硅的純度要求也越來越高，這就需要準確測定碳化硅粉末中的雜質(zhì)。本實驗采用氫氧化鉀和硝酸鉀堿熔溶樣，使用鋼研納克生產(chǎn)的ICP-OES發(fā)射光譜儀準確測定了碳化硅中的Ni、Cr、Mn、P、Si、Cu、Mo、V等元素。
儀器優(yōu)勢
Plasma 2000 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司）是一種使用方便、操作簡單、測試快速的全譜ICP-OES分析儀，具有良好的分析精度和穩(wěn)定性。儀器特點如下：
高效固態(tài)射頻發(fā)生器，超高穩(wěn)定光源；
大面積背照式CCD芯片，寬動態(tài)范圍；
中階梯光柵與棱鏡交叉色散結(jié)構(gòu)，體積小巧；
多元素同時分析，全譜瞬態(tài)直讀。
Plasma 2000型ICP-OES光譜儀
樣品前處理
準確稱取0.1 g（精確至0.0001 g）試樣于鎳坩堝，加入1g氫氧化鉀和0.5g硝酸鉀，混勻置于馬弗爐內(nèi)，650℃恒溫反應(yīng)30min，中間取出搖動一次，到時取出冷卻。待不再反應(yīng)后加入1mL硝酸，加熱至反應(yīng)完全冷卻，加入1mL氫氟酸，轉(zhuǎn)移定容至100mL容量瓶待測。
樣品溶解圖解
儀器參數(shù)
儀器工作參數(shù) 設(shè)定值 儀器工作參數(shù) 設(shè)定值
射頻功率／W 1200 輔助氣流速／L·min-1 0.5
冷卻氣流速／L·min-1 13.5 蠕動泵轉(zhuǎn)速/rpm 20
載氣流速／L·min-1 0.5 進樣時間/s 35
樣品
未知樣品進行測試
典型元素譜線
標樣 濃度 計算值 誤差
標準1 0.005 0.0048 4%
標準2 0.01 0.0101 -1%
標準3 0.05 0.0489 2%
標準4 0.2 0.2003 0%
標樣 濃度 計算值 誤差
標準1 0.01 0.0098 2%
標準2 0.05 0.0482 2%
標準3 0.2 0.2118 -1%
標準4 0.5 0.5173 -1%
標樣 濃度 計算值 誤差
標準1 0.005 0.0050 0%
標準2 0.01 0.0099 1%
標準3 0.05 0.0484 3%
標準4 0.2 0.2004 0%
準確度及方法回收率
元素 平均值/% 加標量% 加標回收率%
Al 0.0081 0.01 95.8
Ca 0.0091 0.01 106.2
Fe 0.0513 0.05 108.6
Mg 0.0040 0.01 102.3
Na 2.2522 1 97.1
精密度
元素 平均值/% σ RSD/%
Al 0.0081 0.0009 10.9214
Ca 0.0091 0.0009 9.8007
Fe 0.0513 0.0023 4.4125
Mg 0.0040 0.0002 6.2415
Na 2.2522 0.1852 8.2237
方法檢出限
在儀器工作條件下對標準溶液系列的空白溶液連續(xù)測定11次，以3倍標準偏差計算方法中各待測元素檢出限，以10倍標準偏差計算方法中各待測元素的測定下限。
各元素的線性回歸方程和檢出限
元素 譜線/nm 檢出限/%
Al 396.152 0.0013
Ca 396.847 0.0006
Fe 259.940 0.0008
Mg 280.271 0.0006
Na 589.592 --*
注：*溶樣使用的KNO3中雜質(zhì)鈉含量較高，Na檢出限受溶劑影響大
結(jié)論
利用Plasma 2000光譜儀對碳化硅中元素進行測定，檢出限在0.0006-0.0013%之間，回收率均在90%-110%之間，準確性好，能夠適用于不銹鋼中元素的測定。

Plasma 1000電感耦等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP—AES)主要用于液體試樣(包括經(jīng)化學(xué)處理能轉(zhuǎn)變成溶液的固體試樣)中金屬元素和部分非金屬元素的定量分析。將樣品溶液以氣溶膠形式導(dǎo)入等離子體炬焰中，樣品被蒸發(fā)和激發(fā)，發(fā)射出所含元素的特征波長的光。經(jīng)分光系統(tǒng)分光后，其譜線強度由光電元件接受并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柖挥涗?。根?jù)元素濃度與譜線強度的關(guān)系，測定樣品中各相應(yīng)元素的含量。
>> 儀器特點
1.分析流程全自動化控制，實現(xiàn)軟件點火、氣路智能控制功能；
2.輸出功率自動匹配調(diào)諧，功率參數(shù)程序設(shè)定；
3. 優(yōu)良的光學(xué)系統(tǒng)，先進的控制系統(tǒng)，保證峰位定位準確，信背比優(yōu)良；
4.極小的基體效應(yīng)；
5.測量范圍寬， 超微量到常量的分析,動態(tài)線性范圍5—6個數(shù)量級；
6.檢出限低，大多數(shù)元素的檢出限可達ppb級；
7.良好的測量精度，穩(wěn)定性相對標準偏差RSD≤1.5%（5ppm），優(yōu)于國家A級標準（JJG768-2005）；
8.功能強大、友好的人機界面分析軟件,可在測定過程中，進行數(shù)據(jù)處理，方法編制和結(jié)果分析，是真正的多任務(wù)工作軟件；該軟件數(shù)據(jù)處理功能強大，提供了多種方法，如內(nèi)標校正、IECS和QC監(jiān)測功能等，可獲得的背景扣除點以消除干擾；對輸出數(shù)據(jù)可直接打印或自動生成Excel格式的結(jié)果報告.
>> 工作環(huán)境
1.儀器室內(nèi)無腐蝕性氣體；空中的塵埃粒子須保持。
2.室內(nèi)溫度18℃～26℃；室溫應(yīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)，溫度變化率應(yīng)小于1℃/h，相對濕度不大于70％
>>尺寸和重量
1550mm（長）*759mm（寬）*1340mm（高）
重量： 240公斤

ICP光譜法測定鐠釹合金中的雜質(zhì)元素
1 前言
以氧化鐠釹為原料,經(jīng)熔鹽電解法生產(chǎn)的鐠釹合金，主要用作釹鐵硼等永磁材料的原料。隨著稀土市場的不斷發(fā)展, 人們對磁性材料的開發(fā)利用已由釹合金材料轉(zhuǎn)為鐠釹合金材料, 打破了金屬釹獨占磁性材料( NdFeB) 的地位, 使得很多稀土廠家由生產(chǎn)純釹產(chǎn)品改為生產(chǎn)鐠釹富集物產(chǎn)品, 因而對鐠釹產(chǎn)品的稀土雜質(zhì)分析顯得尤為重要。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法在稀土分析中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，由于稀土譜線極為豐富, 因此光譜干擾給稀土分析帶來很大困難, 尤其是在高純稀土的痕量分析中其光譜干擾更為嚴重。鐠釹合金由于受鐠和釹雙重基體的影響，光譜干擾更加復(fù)雜，進行光譜分析時譜線選擇是的難題。
2
儀器簡介
Plasma1000型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀是納克公司推出的單道順序掃描光譜儀，本應(yīng)用報告的所有測量結(jié)果均來自這種ICP光譜儀。相對于由中階梯光柵分光系統(tǒng)和固體檢測器組成的ICP光譜儀(即全譜儀)，單道順序掃描光譜儀具有更低的檢出限，更高的分辨率和靈敏度，極小的基體效應(yīng)，更適合測定光譜干擾比較嚴重的稀土元素，同時此儀器配備功能強大界面友好的分析軟件，友好的人機界面，強大的數(shù)據(jù)處理功能，對輸出數(shù)據(jù)可隨機打印,也可自動生成Excel格式的結(jié)果報告。
3
樣品制備
3.1 準確稱取0.1000g試樣于150mL燒杯中，加鹽酸10mL，低溫電熱爐上加熱溶解樣品，待樣品溶解完后，冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移到100mL容量瓶，加水定容至刻度，此溶液用于測量除鐠釹以外其他稀土元素；
3.2 準確分取20mL 1.3.1的原溶液于100100mL容量瓶中，補加鹽酸5mL,加水定容至刻度，此溶液用于測量鐠和釹元素。
4 儀器參數(shù)
功率1.15 Kw,冷卻氣流量18.0 L/min，輔助氣流量0.8 L/min,載氣流量0.2 L/min,蠕動泵
泵速20 rpm,觀測高度距功率圈上方12 mm，同軸玻璃氣動霧化器，進口旋轉(zhuǎn)霧室，三層同
軸石英炬管，中心管2.0 mm。
5 分析結(jié)果
5.1 工作曲線
根據(jù)純?nèi)芤褐须s質(zhì)元素譜線的檢出限、信背比以及不同稀土基體時的背景相當濃度值和
掃描圖綜合考慮, 選擇出適合鐠釹基體中的稀土元素分析的分析線作為本實驗的考察
譜線，終選定的譜線列于表1中。
表1 Plasma 1000 儀器上各稀土元素的分析譜線
分析元素 ?分析線/ nm 分析元素 ?分析線/ nm
La 333.749 Er 337.271
Ce 413.380 Tm 346.220 313.126
Pr 422. 535 414.311 Yb 328.937 369.419
Nd 415. 608 401. 225 Lu 261.542 291.139
Sm 360.949 442.434 Y 371.030 324.228
Eu 412.970 272.778 Dy 340.780
Gd 342.247 335.047 Ho 347.426 345.600
Tb 350.917 367.635
5.2 檢出限
本實驗測定了 15 個稀土元素在鐠釹基體中對表1 所選的分析線估算了檢出限，估算結(jié)
果列于表2。檢出限公式如下:
式中 I n/ I b 為分析物的凈強度和背景強度比; C 為產(chǎn)生 I n/ I b 的分析物濃度。目前稀土行
業(yè)內(nèi)鐠釹合金的標準要求除鐠和釹外，其它稀土雜質(zhì)的含量均要求在0.05%以下，表 2
結(jié)果表明，
結(jié)果表明，Plasma 1000Plasma 1000型儀器靈敏度完全滿足目前稀土行業(yè)測定鐠釹合金中的稀土元素的型儀器靈敏度完全滿足目前稀土行業(yè)測定鐠釹合金中的稀土元素的需求。需求。
表
表 22 各譜線檢出限比較各譜線檢出限比較
6 結(jié)論
納克生產(chǎn)的Plasma 1000高分辨率光譜儀與普通分辨率光譜儀相比, 背景相當濃度值和光譜干擾程度顯著降低, 因而提高了檢出能力和分析結(jié)果的準確度,在以稀土為主要共存物的痕量稀土分析中具有明顯優(yōu)勢。Plasma 1000順序掃描ICP光譜儀分辨率和靈敏度完全滿足當前稀土行業(yè)對鐠釹合金的測定要求。