吴金龙 金献忠

（北仑出入境检验检疫局 浙江宁波 315800）

碱熔融电感耦合等离子体原子发射光谱法测定生铁中硅锰磷含量

吴金龙 金献忠*

（北仑出入境检验检疫局 浙江宁波 315800）

提出了一种电感耦合等离子体原子发射光谱法测定生铁中硅、锰、磷含量的方法。生铁样品采用氢氧化钠和过氧化钠在锆坩埚内熔融，盐酸浸取；研究了共存元素的影响，浓度在5.0 mg/mL-6.0 mg/mL之间的钠元素、20μg/mL的锆元素以及样品中其他共存元素对各元素的测定结果无影响；考察了酸度效应，盐酸用量在体积分数8％-12％时，对各元素测定的影响可以忽略。以生铁标准物质作为样品进行分析，测定值和认定值相吻合，RSD（n=5）为0.3％ -1.0％。

电感耦合等离子体原子发射光谱法；生铁；硅；锰；磷

1 前言

生铁是含碳量2.11％-6.67％的铁碳合金。根据生铁里碳存在形态的不同，可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种，铸造生铁用于制造各种铸件，球墨铸铁广泛用于制造曲轴、齿轮、活塞等机械零件。另外，合金生铁常用作炼钢的原料，在炼钢时根据需要加入某些合金生铁，可以改善钢的性能。

生铁中杂质元素主要是硫、硅、锰、磷等。硫含量的测定一般采用碳硫测定仪或碳硫快速分析仪。硅、锰、磷等杂质元素含量的测定，目前的方法有直读光谱法[1-3]、X荧光光谱法[4-6]、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES法)[7-11]和分光光度法[12]等。直读光谱法和X荧光光谱法是固体样品直接分析的技术，ICP-OES法和分光光度法都需要把样品溶解，然后进行分析。从目前的文献来看，采用湿法分解进行生铁中硅、锰、磷等含量的测定，都采用酸溶的样品前处理方法，由于生铁中碳含量很高，因而酸溶前处理无法判定样品是否溶解完全，而且不易准确地测定硅含量。

本文采用碱熔融、酸浸取的样品前处理方法，能使生铁溶解完全，溶液透亮，建立了一种ICP-OES法准确测定生铁中硅、锰、磷含量的方法。该方法可推广至生铁中合金元素含量的测定，已应用于日常大量样品的检测工作。

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 仪器

6500电感耦合等离子体发射光谱仪：美国Thermo Scientific公司，工作频率27.12 MHz，中阶梯光栅分光系统，CID检测器，波长范围166-847 nm，垂直炬管，SeaSpray玻璃同心雾化器，旋流雾室，四通道蠕动泵，氩气：氩体积分数不小于99.996％。

2.1.2 试剂

氢氧化钠、过氧化钠和盐酸：分析纯，国药集团；硅、锰、磷国家单元素标准溶液：国家钢铁材料测试中心；生铁标准物质BH 2007-1、BH 2003-5B：山东冶金研究所。

2.2 方法

2.2.1 仪器工作条件

入射功率1150 W，冷却气流量12 L/min，辅助气流量0.50 L/min，载气流量0.75 L/min，样品提升量1.4 mL/min，观察高度12 mm，长波积分时间15 s，短波积分时间5 s。分析线为：Si 251.611 nm、212.412nm，Mn 257.610 nm、293.306nm，P185.942nm、213.618 nm。

2.2.2 样品溶解

称取1.5 g氢氧化钠均匀铺在锆坩埚（锆质量分数≥99.5 ％，容积约30 mL）底部，接着称取0.30 g样品置于其上，再称取3.0 g过氧化钠均匀覆盖，放入马弗炉中，升温至600 ℃恒温熔融40 min后，关闭电源，微开炉门，待冷却后取出，放入350 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入250mL盐酸（1+4），然后在可控温电热板上加热至沸后，洗出锆坩埚，再加10 mL硝酸并加热至近沸，取下冷却至室温，转移至500 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，转移至塑料瓶中待测。

称取0.30 g高纯铁粉作为样品，随同进行溶解，制得样品空白溶液。

2.2.3 试剂空白溶液

称取1.5 g氢氧化钠和3.0 g过氧化钠于350 mL聚四氟乙烯烧杯中，缓缓加入250mL盐酸（1+4），再加10 mL硝酸，冷却至室温，转移至500 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，转移至塑料瓶中备用。

2.2.4 标准溶液配制

在4个100 mL容量瓶中（标识分别为S1、S2、S3、S4），按表1移入各元素的质量，然后用试剂空白溶液定容，混匀后，转移至塑料瓶中备用。

表1 配制标准溶液所需各元素的质量

2.2.5 测定方法

把标准溶液依次雾化后引入电感耦合等离子体炬内，根据标准溶液中各被测元素分析线处的净光强和对应的浓度绘制校准曲线。分别测定样品空白溶液和试料溶液中各被测元素的净光强，根据校准曲线测定各被测元素的浓度，然后计算出试样中相应各元素的含量。两次进样之间用水冲洗20 s左右。

3 结果与讨论

3.1 基体效应

样品经碱熔融后，溶液中存在大量的钠、锆坩埚溶出的锆以及样品中存在的元素，因而基体复杂。

3.1.1 钠元素的影响

样品经碱熔融后，溶液中钠的浓度为5.3 mg/ mL。配制3瓶溶液，每瓶中钠浓度分别为5.0 mg/ mL、5.5mg/mL、6.0 mg/mL。在保持酸度一致的情况下，考察溶液中钠元素对待测元素（Si 5.0μg/mL，Mn 10.0 μg/mL，P 5.0 μg/mL）的影响情况，结果列于表2。

表2 钠元素对硅锰磷测定的影响

结果表明，钠浓度在5.0mg/mL-6.0 mg/mL 时，钠对各元素测定的影响可以不予考虑。

3.1.2 锆元素的影响

每熔融样品1次，锆坩埚损失10 mg左右，那么在溶液中锆的浓度相当于约20 μg/mL。在保持酸度和钠元素浓度一致的情况下，20 μg/mL锆对待测元素的影响列于表3。

表3 锆元素对硅锰磷测定的影响

从表3可知，锆对各元素的测定没有影响，当然如锆坩埚不纯会有杂质溶出。

3.1.3 其他共存元素间的相互影响

在保持酸度和钠元素浓度一致的情况下，分别稀释熔融生铁标准物质（BH 2007-1）的溶液2倍和5倍，然后采集稀释和未稀释这3种溶液中各元素的净光强进行曲线拟合，Si、Mn、P各分析线的线性相关系数都为1.0000，说明各共存元素间相互影响可以不予考虑。综上所述，本方法中基体效应可以忽略。

3.2 酸度效应

配制5瓶溶液，每瓶中钠浓度保持一致，当溶液中所用盐酸相当于酸的体积分数为8％、9％、10％、11％、12％时，考察酸度对各元素（Si 5.0 μg/mL，Mn 10.0 μg/mL，P 5.0 μg/mL）的影响情况，结果列于表4。

表4 酸度效应

从表4可以看出，在此酸度范围内，酸度对各待测元素的影响可以忽略。

3.3 方法的检出限和测定范围

连续测定11次样品空白溶液，计算检出限（n=11，k=3），按检出限的5倍作为方法的测定下限，按校准曲线的最高点计算测定上限，并考虑生铁中各元素的实际情况，表5给出了方法的检出限和测定范围。

表5 方法的检出限和测定范围

3.4 样品分析

把生铁标准物质BH 2007-1、BH 2003-5B当作样品进行分析，结果(n=5)列于表6。

表6 样品分析

从表6的结果看，本文建立的方法可行。

4 结论

本文首次提出了测定生铁中硅锰磷含量的碱熔融ICP-OES方法。该法结果准确可靠，方便快速，能满足日常大量样品的快速分析工作。

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Determination of Silicon Manganese and Phosphorus in Pig Iron with Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

Wu Jinlong, Jin Xianzhong*
(Beilun Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Ningbo, Zhejiang, 315012)

A method was proposed for the determination of silicon, manganese, and phosphorus in pig iron with inductively coupled plasma atomic emission spectrometry . Samples were fused with sodium hydroxide and sodium peroxide in zirconium crucibles and leached out with hydrochloric acid solution. The matrix effect were investigated, no effect on the measured elements by sodium between 5.0 mg/mL and 6.0 mg/mL, zirconium in 20μg/mL and other elements in pig iron was found. Acidity effect was discussed and the effect of the volume of hydrochloric acid between 8 percent and 12 percent was able to be ignored. CRMs of pig iron were analyzed, and good agreements were achieved on the detected levels and the certifi ed values with RSDs (n = 5) being in the range of 0.3 ％-1.0％.

ICP; Pig Iron; Silicon; Manganese; Phosphorus

O657.31; TG115.33

*通讯作者E-mail：jinxz@nbciq.gov.cn