周垣 杨觎 （天津钢铁集团有限公司技术中心，天津 300301)

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高碳铬铁中Al和Ti

周垣 杨觎 （天津钢铁集团有限公司技术中心，天津 300301)

介绍了采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高碳铬铁中Al和Ti的试验方法。采用过氧化钠在镍坩埚中熔融样品，水浸取后加入硝酸至溶液澄清，定容。用电感耦合等离子体原子发射光谱测定溶液中Al和Ti的发射光谱强度。以重铬酸钾和铁标准溶液进行基体匹配，建立标准曲线。根据校准曲线计算样品中Al、Ti的含量。采用该方法测量高碳铬铁中的Al、Ti元素，准确度、精密度能够满足生产检验要求。

光谱 高碳铬铁 铝 钛 试验 测定

1 前言

天津钢铁集团有限公司转炉冶炼GCr15轴承钢等高性能钢材时需要使用高碳铬铁作为合金添加剂，为防止高碳铬铁中的Al、Ti随铁合金进入钢液影响钢材性能，需要严格控制高碳铬铁中的Al、Ti含量，因而需要实验室检测高碳铬铁中的Al、Ti元素含量。目前国家及行业标准分析方法没有高碳铬铁Al、Ti元素的分析方法。我们选用过氧化钠在镍坩埚中熔融试样，硝酸酸化，用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定高碳铬铁中的Al、Ti元素含量，本方法操作简便，分析速度快，分析精密度、准确度能够满足生产检验的要求。

2 实验部分

2.1 主要仪器及工作条件

ULTIMA-2型电感耦合等离子体原子发射光谱仪（法国JY HORIBA公司)。

工作条件：进样时间60 s;工作功率：1 000 W;护套气：12 L/min;载气：0.4 L/min。

2.2 试剂

（1) 过氧化钠、硝酸、盐酸、硫酸，纯度均为分析纯，水为去离子水。

（2) 重铬酸钾标准溶液（3.5 mg/mL) 称取100℃干燥后的优级纯重铬酸钾3.500 0 g于500 mL烧杯中，加入300 mL蒸馏水，充分溶解后移入1 000 mL容量瓶中定容。

（3) 铁标准溶液（0.4 mg/mL) 称取0.400 0 g高纯铁于200 mL烧杯中，加入30 mL盐酸（1+1)低温加热反应至样品溶解，冷却后移入1 000 mL容量瓶定容。

（4) 氯化钾标准溶液（1.719 2 mg/mL) 称取1.719 2 g高纯氯化钾于500 mL烧杯中，加入300 mL蒸馏水，充分溶解后移入1 000 mL容量瓶中定容。（5) 铝标准溶液（20 ug/mL) 称取1.000 0 g高纯铝于200 mL烧杯中，加入30 mL盐酸（1+1)低温加热反应至样品溶解，冷却后移入1 000 mL容量瓶内定容，铝标液浓度为1 mg/mL。移取20 mL的铝标液（1 mg/mL)至1 000 mL容量瓶中定容，得到20 ug/mL的铝标液。

（6) 钛标准溶液（20 ug/mL) 称取1.000 0 g钛粉（高纯试剂)于400 mL聚四氟乙烯烧杯中，加5 mL氢氟酸，立即滴加2 mL硝酸，加热溶解，冷却后加入20 mL硫酸低温蒸发至冒硫酸烟，冷却至室温。移入1000 mL容量瓶中，用硫酸（5+95)定容。移取20 mL钛标液（1 mg/mL)至1 000 mL容量瓶中，用硫酸（5+95)定容，得到20 ug/mL的钛标液。

2.3 试验方法

试样经研磨至全部通过160目筛孔，至105℃干燥箱干燥2 h，放在干燥器中冷却至室温。

称取0.200 0 g样品于已加入2.000 0 g过氧化钠的镍坩埚中混匀，放入750℃的马弗炉中熔融10 min，其间将镍坩埚取出摇动2次。将镍坩埚放入已加入100 mL热水的500 mL烧杯中，浸取并缓慢加入30 mL（1+1)硝酸，洗净并取出镍坩埚。将烧杯放在高温炉盘上加热至溶液澄清，冷却后定溶到250 mL容量瓶中。

移取50 mL溶液到100 mL容量瓶中，加入20 mL KCl溶液（1.7192 mg/mL)，定容至刻度。把制备好试样溶液引入仪器，在选定的工作条件下测量发射光谱强度，按照建立的校准曲线计算样品溶液中Al、Ti的含量。

2.4 制备工作曲线

按样品处理方法制备一个空白溶液（只加熔剂不加样品)。分取5份50 mL空白溶液到100 mL容量瓶中，分别加入20 mL重铬酸钾溶液（3.5 mg/mL)、10 mL 铁标液 （0.4 mg/mL)，加入 0 mL、1 mL、2 mL、4 mL、6 mL浓度为20 ug/mL的Al、Ti标准溶液，定容、混匀。

把制备好系列标准溶液引入仪器，测量各溶液的发射光谱强度，根据溶液中Al、Ti元素含量的标准值和光谱强度，建立工作曲线。

3 结果与讨论

3.1 样品制备条件

传统湿法化学采用0.100 0～0.250 0 g样品加入5～8 g的过氧化钠高温熔融。如果本方法采用传统湿法化学中样品与熔剂的质量比例，制备出的溶液中Na元素的浓度为0.94 mg/mL，盐类较多并不适用于ICP光谱分析。为了降低溶液盐类过高对雾化效果的影响，应尽量减少过氧化钠的使用量。本次实验选用2 g过氧化钠高温熔融样品，降低过氧化钠用量后仍然可以使样品完全溶解,而且过氧化钠的量为传统湿法化学分析方法中过氧化钠最小用量的40%，分析方法的检出限和检测下限有较大提高。

本方法采用镍坩埚碱熔融样品，在高温熔样过程中不可避免地引入了Ti元素及镍坩埚中含有的少量杂质元素。为了避免制样过程对分析结果准确度和精密度的影响，应注意以下2个方面：

（1) 保持熔样温度和熔融时间稳定;

（2) 注意选用的镍坩埚的Al、Ti的含量，如果镍坩埚的Al、Ti含量过高会影响样品的分析结果。

3.2 光谱仪工作条件的选择

3.2.1 谱线的选择

本实验选用 Al：309.271 nm，Ti：334.941 nm 作为分析谱线[1]。Al线附近没有 Cr、Ni、Na、K、Ti、Fe等有可能对分析过程造成谱线重叠影响的元素，Ti线附近有一条Cr线（334.907 nm)，这条谱线是Cr的低灵敏线而且与Ti线相距0.034 nm，ICP-AES的灵敏度较高，通过扣除背景就可以保证其测量强度不受影响。

3.2.2 发生器功率、气体流量、冲洗及进样时间的选择[2]

ULTIMA 2型光谱仪在分析常规样品时的测量参数为：发生器功率 1 000 W;护套气流速 12 L/min;载气流速0.2 L/min;冲洗时间20 s;进样稳定时间20 s。考虑到碱熔熔样品后溶液盐类较高的情况，应对以上测量参数进行调整，使分析方法的精密度和准确度能够满足生产检验要求。

提高发生器功率会使光谱背景强度也随之提高，并不能提高分析方法的精密度，所以不做调整。护套气的主要作用是冷却炬管和维持等离子体稳定性，选择流量为12 L/min能够满足实验要求。0.2 L/min的载气流速适用于低盐类溶液的分析，应适当提高载气流速来增加试样提升量，本次实验调整为0.4 L/min。盐类较高的溶液通常都伴随着雾化器记忆效应的增强，低盐类溶液使用的进样时间（冲洗时间+进样稳定时间)较短，本次实验的样品溶液进样时间调整为冲洗时间为20 s，进样稳定时间为40 s。

3.3 精密度试验与检测下限的确定

分别对2个样品进行7次测定，统计其标准偏差和相对标准偏差，结果汇于表1。从表1的结果可以看出，Al的最大相对标准偏差为5.13%，Ti的最大相对标准偏差为1.84%，本方法具有较好的精密度。

表1 精密度实验结果 /%

测定11个空白试液，以其测定值标准偏差的3倍计算检出限，结果见表2。

表2 精密度实验结果

3.4 加标回收率

目前市场上销售的国产高碳铬铁标准样品中不包含Al、Ti元素的标准值，本实验采用加标回收率的方法验证分析结果的准确性，每个样品都加入3种浓度的标准溶液，验证结果见表3。所有验证试验的回收率都在95%-105%之间，准确性能够满足检验要求。

4 结论

表3 回收率试验结果

采用过氧化钠在镍坩埚中熔融样品，水浸取后加入硝酸酸化，用电感耦合等离子体原子发射光谱法检测高碳铬铁中Al、Ti的含量，准确度、精密度能够满足生产检验要求。

[1]曹宏燕.冶金材料分析技术与应用[M].北京：冶金工业出版社，2008：461～462．

[2]辛仁轩.等离子体发射光谱分析[M].北京：化学工业出版社，2004：135～148．

Measurement and Determination of Al and Ti in High Carbon Ferrochromium by ICP-AES Method

Zhou Huan,Yang Yu

The paper introduces the test method for measuring Al and Ti in high carbon ferrochromium with ICP-AES.The sample is smelted in nickel crucible with sodium peroxide and extracted with water,and then nitric acid is added to make the solution clear.The spectrum intensity of Al and Ti in the solution is measured and determined by ICP-AES.Potassium dichromate and iron standard solution are utilized for matrix matching and standard curve is established.Al and Ti contents in the sample are calculated as per calibrated curve.This method of measuring Al and Ti elements in high carbon ferrochromium gives accuracy and precision high enough to meet the demand of production inspection.

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（收稿 2011-07-13 责编 赵实鸣)

周垣，工程师，现于天津钢铁集团有限公司技术中心从事理化性能检测工作。