鋼研納克Plasma1000 ICP光譜儀測定車用耐火材料中鐵、鈦、鋯元素的含量
(1. 鋼鐵研究總院, 北京 100081；2. 鋼研納克檢測技術有限公司,北京 100081)
摘要： 采用電感耦合等離子體光譜法對耐火材料中的礬土中鐵、鈦元素進行測定及含鉻磚中鋯含量的測定。采用酸溶回渣進行樣品前處理，并對樣品進行加標回收實驗，其加標回收率在97%-104%之間，且標準曲線線性系數(shù)在0.999之上。
關鍵詞：ICP-AES; 耐火材料；礬土；含鉻磚
目前耐火材料的測定大多采用容量法和分光光度法，在分析過程中需要嚴格控制溶液的各項條件，操作復雜，繁瑣，而采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法不僅可以多元素同時測定，同時具有靈敏度高，干擾少等優(yōu)點。本次采用電感耦合等離子體光譜法對耐火材料中的礬土中鐵、鈦元素進行測定及含鉻磚中鋯含量的測定，速度快，并取得了很好效果。
1 實驗部分
1. 儀器及參數(shù)
Plasma1000單道掃描電感耦合等離子體光譜儀（鋼研納克檢測技術有限公司）；
鹽酸，ρ≈1.18 g/ml,優(yōu)級純，北京化工廠；
硝酸，ρ≈1.42g/ml, 優(yōu)級純，北京化工廠；
Zr、Fe、Ti的標準溶液質量濃度均為1000 μg/ml，國家鋼鐵材料測試中心；
硼酸，分析純；
碳酸鈉，分析純；
碳酸鋰，分析純；
四硼酸鋰，分析純
所用溶液用水均為二次去離子水。
1.2 ICP-AES儀器工作條件
高純氬（純度≥99.999%），光柵為3600條/mm。
參數(shù)設置：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，進口旋轉霧室，三層同軸石英炬管，中心管2.0 mm。
1.3 樣品處理
1.3.1 含鉻磚的測定
稱取1g硼酸碳酸鈉混合試劑于鉑金坩堝中，稱取試樣0.05g于硼酸碳酸鈉上，而后樣品上在覆蓋1g硼酸碳酸鈉試劑，放入馬弗爐中灼燒，先緩慢升溫至800℃，于800℃保持20分鐘，而后升溫至1050℃，保持1h。取出冷卻，放入1:1的鹽酸中溶出樣品，而后定容至100ml塑料容量瓶中。加入1ml氫氟酸。定容，搖勻待測。
1.3.2 礬土的測定
稱取2g碳酸鋰-無水四硼酸鋰混合試劑于鉑金坩堝中，稱取試樣0.2g于碳酸鋰：無水四硼酸上，而后樣品上在覆蓋2g碳酸鋰-無水四硼酸試劑，放入馬弗爐中灼燒，先緩慢升溫至800℃，于800℃保持20分鐘，而后升溫至1100℃，保持0.5h。取出冷卻，放入1:1的鹽酸與氫氟酸溶出樣品，而后定容至100ml塑料容量瓶中。定容，搖勻。分取10ml到100ml容量瓶中，定容，搖勻待測。
2 結果與討論
2.1 分析譜線的選擇
對于同一種元素， ICP-AES 可以有多條譜線進行檢測，但是由于基體和其他元素的干擾，并不是所有的譜線都適用。進行光譜掃描后，根據樣品中各待測元素的含量及譜線的干擾情況，選其靈敏度適宜，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，結果見表1。
表1 各元素分析線(nm)
元素 Zr Fe Ti
波長 343.823 259.940 307.211
在進行譜線選擇時，需要注意背景及干擾情況，選擇盡量將背景位置定在盡可能平坦的位置，注意要無小峰，同時左右背景的平均值盡可能與譜峰背景強度一致。
2.2 實際樣品的測定
2.2.1校準曲線
實際樣品按照本文方法進行分析，校準曲線線性相關系數(shù)如表2
表2 實際樣品校準曲線線性相關系數(shù)
元素 Zr Fe Ti
相關系數(shù) 0.9993 0.9995 0.9996
在校準曲線配置時，由于在樣品基本為高鹽樣品的混合溶液，所以并必須進行基體匹配。需在標準曲線中加入相應量的鹽以配備樣品中的鹽度。含鉻磚需加入鉻元素作為基體打底。
2.2.2 測定結果
稀土水溶液實際樣品按照本文方法進行分析，其配分結果見表3.
表3 實際樣品分析配分結果（%）
樣品名稱 Zr Fe Ti
含鉻磚 1.592 - -
礬土 - 1.781 2.635
2.2.3 加標回收率結果
表4 各元素加標回收率（%）
分析元素 加入量
% 實際值
% 檢出量
% 回收率
%
Zr 1.5 1.59 3.05 97%
Fe 1.5 1.78 3.34 104%
Ti 3 2.63 5.58 98%
3 結論
本方法使用堿融處理樣品, ICP- AES法測定耐火材料含鉻磚中的鋯元素，礬土中的鐵與鈦元素。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。此方法快速、簡便、準確, 適用于耐火材料含鉻磚中的鋯元素，礬土中的鐵與鈦元素的含量的測定。

鋼研納克Plasma 2000 ICP光譜儀測定藥用玻璃制品中十一種元素
玻璃容器因其透明、美觀、化學性質穩(wěn)定、耐高溫等優(yōu)點，一直被包裝界認為是的包裝容器。更加純凈的高品質藥用玻璃瓶更是飲料、藥品、食品、化妝品等的包裝材料。傳統(tǒng)的藥用玻璃質量指標及檢測項目只包含理化性能、規(guī)格尺寸及外觀質量等項。近兩年，為了與國際產品質量標準接軌從而進一步提高國內藥用玻璃制品的質量，化學成分及有害物質浸出含量的檢測也正在成為藥用玻璃制品的重要檢測項目。
采用鋼研納克檢測技術有限公司生產的Plasma 2000 CCD電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對客戶的藥用玻璃制品中的As、Fe、Mg、Pb、Sb、Sn、Al、Na、K、Ca、Ba等十一中元素的含量進行了準確。
樣品前處理
準確稱取樣品0.5000克于100mL鋼鐵量瓶中，加入10mL鹽酸（ ρ =1.19g/mL），低溫加熱溶解，冷卻后定容。再將上述溶液稀釋20倍，補加鹽酸（ρ=1.19g/mL）10mL，用于測定除Zr元素以外的元素。
另外準確稱取樣品0.5000克于100mL聚四氟乙烯燒杯中，加入10mL鹽酸（ ρ =1.19g/mL），低溫溶解后加入10mL氫氟酸，微沸，冷卻后定容過濾，用于測定Zr元素。
儀器特點及工作條件
優(yōu)異的光學系統(tǒng)，連續(xù)波長覆蓋；科研級大面積CCD，所有元素一次測定；固態(tài)射頻發(fā)生器，高效可靠，自動調諧；高效進樣系統(tǒng)，具備激光燒蝕固體進樣功能；軟件操作方便、信息直觀、功能全面；可靠的安全防護措施
入射功率：1. 10kW；工作氣體：氬氣純度> 99. 95%，冷卻氣13.5L/ min、輔助氣0.5/ min、載氣0.6L/ min；進液泵速20rpm；垂直觀測高度10mm；一次讀數(shù)時間8s；穩(wěn)定時間20s；進樣時間20s。
方法特點
氫氟酸+高氯酸混酸加熱消解樣品，高氯酸冒煙后鹽酸溶解并定容，溶樣過程簡單；所選譜線干擾小并采用基體匹配消除譜線干擾；線性相關性好，各被測元素的線性相關系數(shù)均大于0.999。
Ba校準曲線
檢測結果
測得客戶藥用玻璃樣品中各元素含量結果見下表。
藥用玻璃中As、Fe、Mg、Pb等元素量測定結果（w/%）
元素 As Fe Mg Pb Sb Sn
Plasma2000 0.0025 0.0141 0.0109 <0.001 <0.001 <0.001
參考值 0.0026 0.0135 0.0103 <0.001 <0.001 <0.001
元素 Al Na Ca K Ba
Plasma2000 2.63 4.20 0.5914 0.4844 0.5506
參考值 2.67 4.20 0.6132 0.4807 0.5563

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(包括經化學處理能轉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。經分光系統(tǒng)分光后，其譜線強度由光電元件接受并轉變?yōu)殡娦盘柖挥涗?。根據元素濃度與譜線強度的關系，測定樣品中各相應元素的含量。
>> 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諧，功率參數(shù)程序設定；
3. 優(yōu)良的光學系統(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；
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)據處理，方法編制和結果分析，是真正的多任務工作軟件；該軟件數(shù)據處理功能強大，提供了多種方法，如內標校正、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)據可直接打印或自動生成Excel格式的結果報告.
>> 工作環(huán)境
1.儀器室內無腐蝕性氣體；空中的塵埃粒子須保持。
2.室內溫度18℃～26℃；室溫應達到穩(wěn)定狀態(tài)，溫度變化率應小于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

Plasma2000測定碳化硅中的雜質元素
關鍵詞：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。碳化硅由于化學性能穩(wěn)定、導熱系數(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、加工以至產品終性能密切相關，因此配合粉體的制備和應用，進行碳化硅粉體組分分析和純度評定，是開發(fā)新產品的重要環(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。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構，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，650℃恒溫反應30min，中間取出搖動一次，到時取出冷卻。待不再反應后加入1mL硝酸，加熱至反應完全冷卻，加入1mL氫氟酸，轉移定容至100mL容量瓶待測。
樣品溶解圖解
儀器參數(shù)
儀器工作參數(shù) 設定值 儀器工作參數(shù) 設定值
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中雜質鈉含量較高，Na檢出限受溶劑影響大
結論
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。