微波消解—电感耦合等离子体发射光谱法测定锰铁硫含量

2017-09-20李永霞

中国锰业 2017年6期

李永霞

(新疆轻工职业技术学院，新疆乌鲁木齐 830019)

锰铁作为钢铁冶炼过程添加的合金材料，成分较为复杂，国标GB/T3795-2006规定了其主要成分如：锰、碳、硅、磷、硫等元素的分析方法[1]。其中国标测定硫元素分析方法为红外吸收光谱法[2]，然而当使用锡粒助熔时，其产生的粉尘容易导致金属过滤器和红外光谱仪通道堵塞，且极易吸附硫，从而出现测定误差[3]。因此本研究拟通过微波消解预处理锰铁样品后，采用电感耦合等离子体发射光谱法测定硫含量，克服上述方法缺陷，从而为相关行业的分析检测提供参考。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Optima 8000 DV型电感耦合等离子体发射光谱仪(美国PE公司)；密闭高压消解罐(德国Berghof公司)；MWD-520型微波消解仪；HS-500型红外定硫仪 (上海科果仪器有限公司)。

浓硝酸、氢氟酸、氢氧化钠、氯化铝为分析纯(国药试剂有限公司)；硫酸钾为优级纯(国药试剂有限公司)；试验用水为二次纯化水；锰铁样品(东北特钢)。

硫标准溶液配制：精确称定21.739 2 g，在105℃下干燥1 h后的硫酸钾后溶于水中，定容至1 000 mL容量瓶中，摇匀，记得0.04%硫标准溶液[4]。

基体溶液：准确称定6.80 g氯化铝和13.10 g氢氧化钠，加适量水溶解，添加75 mL 50%的盐酸后，定容于1 000 mL容量瓶[5]。

1.2 样品预处理

准确称定0.30 g样品置于消解罐内，加入2 mL 浓硝酸和5 mL氢氟酸，随后加入适量的水摇匀，密闭封紧放置于微波消解仪中，按照表1设定程序进行消解。消解结束后，转移至100 mL容量瓶中定容摇匀。

表1 微波消解程序

1.3 电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定预处理后样品溶液硫元素的浓度，测定波长182.034 nm，RF发生器功率1.15 KW；四通道蠕动泵，泵速5 r/min；工作气体为氩气(纯度：99.99%)；冷却气流量：15 L/min；辅助气流量0.7 L/min；雾化气流量0.6 L/min；积分时间15 s；重复3次。配置不同浓度的硫标准溶液，以发射强度对硫的质量浓度作标准曲线，随后测定样品溶液中的硫含量。

1.4 红外光谱法

将试样均匀置于预先盛有0.3 g锡粒的坩埚内，再依次均匀覆盖0.5 g纯铁和1.8 g钨粒，进行测定，利用校准曲线测定结果[2]。

2 结果与讨论

2.1 溶样条件选择

锰铁的硫含量较低，能否准确被测定，依赖预处理过程中加入的消解剂是否将样品的硫化物完全氧化成硫酸盐。因此分别选择不同消解剂如：高氯酸、浓硝酸、浓盐酸和氢氟酸等对样品进行预处理，观察样品消解效果，结果见表2所示。从表2可见，当锰铁称样量为0.30 g，采用2 mL浓硝酸与5 mL氢氟酸作为消解剂时，观察到试样消解完全，溶液透明。同时考察不同称样量对消解效果的影响，在0.10～0.50 g取样范围内，按照1.2 微波消解条件进行溶解效果观察，试验结果表明当称样量大于0.40 g时，消解后溶液底部具有少量黑色不溶物存在，而称样量过小，则会引入称样误差，因此确定预处理样品的称样量为0.30 g。

表2 不同消解剂的消解效果

2.2 分析谱线选择及结果稳定性

电感耦合等离子体发射光谱的硫元素分析谱线通常有180.731 nm、182.034 nm、185.715 nm，由于180.731 nm和185.715 nm两条谱线存在样品中其他元素的干扰[6]，因此选择182.034 nm作为分析谱线，灵敏度高且无明显干扰。表3为对预处理后样品在不同时间下测定，考察182.034 nm分析谱线结果的稳定性。

表3 稳定性分析(n=3)

从表3可见，不同测定时间下，相同分析线的测定结果标准偏差均小于0.50% ，表明其具有较好的精密度，且该分析谱线下测定结果稳定性较好。

2.3 标准工作曲线

分别移取0，1.0，3.0，5.0 mL硫标准溶液于10 mL容量瓶中，加入少量盐酸和基体溶液，定容摇匀，既得硫的浓度分别为0、0.004%、0.012%、0.02%、0.04%硫标准溶液。以硫的质量浓度对发射强度绘制工作曲线，得到的线性方程为y=101.42x-27.34，相关系数r>0.999，表明在0～0.04%的标准硫浓度下，发射强度与浓度呈现较好的线性关系。