基于GB/T 4702标准采用Plasma 2000型电感耦合等离子体发射光谱仪测定金属铬中杂质元素含量
关键词:ICP-AES,金属铬,元素
引言
铬(Chromium),化学符号Cr,单质为钢灰色金属。铬在地壳中的含量为0.01%,居第17位。呈游离态的自然铬极其罕见,主要存在于铬铅矿中。由于铬合金性脆,作为金属材料使用还在研究中,铬主要以铁合金(如铬铁)形式用于生产不锈钢及各种合金钢。金属铬用作铝合金、钴合金、钛合金及高温合金、电阻发热合金等的添加剂。氧化铬用作耐光、耐热的涂料,也可用作磨料,玻璃、陶瓷的着色剂,化学合成的催化剂。碱式硫酸铬(三价铬盐)用作皮革的鞣剂。铬矾、重铬酸盐用作织物染色的媒染剂、浸渍剂及各种颜料。镀铬和渗铬可使钢铁和铜、铝等金属形成抗腐蚀的表层,并且光亮美观,大量用于家具、汽车、建筑等工业。此外,铬矿石还大量用于制作耐火材料。金属铬中不同元素含量决定了其应用的价值。因此对铬合金中各元素含量的准确测定尤为关键。
国家标准GB/T 4702 金属铬对元素的分析采用分光光度法、红外碳硫分析仪及重量法等,分析过程还需使用有毒物质,影响人员健康,本法采用ICP-AES分析金属铬中各元素,可以免于使用有毒物质对人体造成的伤害,保护操作者,而且简便、快速,大大提高了分析效率,节约了分析成本,完全可以满足生产的需求。
仪器特点
Plasma 2000型电感耦合等离子体发射光谱仪(钢研纳克检测技术股份有限公司)是使用方便、操作简单、测试快速的全谱ICP-AES分析仪,具有良好的分析精度和稳定性。仪器特点如下:
Ø 高效固态射频发生器,超高稳定光源;
Ø 大面积背照式CCD芯片,宽动态范围;
Ø 中阶梯光栅与棱镜交叉色散结构,体积小巧;
Ø 多元素同时分析,全谱瞬态直读;
Ø 多种进样系统,可选择性好;
Ø 垂直矩管水平观测,耐盐性更佳。
实验条件
1、仪器工作参数
表1 Plasma仪器工作参数
雾化气流量(L/min)
辅助气流量(L/min)
冷却气流量(L/min)
炬管中心管(mm)
0.65
0.5
13
1.5
进样泵速(rpm)
RF功率(W)
曝光时间(s)
进样时间(s)
20
1050
820
2、试料
试样颗粒应尽量保证均匀无污染,直径尺寸尽量不大于2mm。称取1.000g,精确至0.0001。
实验方法1、试料溶液的制备
称取试样后,加入15ml盐酸,置于电热板上180℃加热反应溶解,待反应静止时,吹洗杯壁加入1ml硝酸,反应5分钟,取下冷却,转移至容量瓶用水稀释至刻度,摇匀待测。随同试料做空白试验。
1、标准曲线的配置
标准曲线采用基体匹配的方式消除基体效应和物理干扰的影响,如表2设置浓度梯度,使其覆盖待测样品元素范围。
表2 标准曲线配置
基底元素S0S1S2S3S4S5S6
以1g纯铬为基体,定容至50ml
Cd、Cu、Mn、
0
0.0002%
0.0005%
0.001%
0.002%
-0
2ug
5ug
10ug
20ug
Al、Cd、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Sn、V、Si、As、Sb、Bi、P
0
0.002%
0.005%
0.01%
0.02%
0.1%
0.2%
0
20ug
50ug
100ug
200ug
1000ug
2000ug
3、元素分析谱线在测定中,遵循低含量元素用灵敏线,高含量元素次灵敏线的原则,从基体干扰和背景校正两方面考虑选出各元素的最佳测定谱线(见表3)。由于已进行基体匹配,只考虑光谱干扰和背景影响确定分析谱线,选择灵敏度高且无共存元素干扰的谱线作为分析线,为提高灵敏度,对多数低含量分析元素采用扣除背景方式进行测定。
表3 Plasma2000仪器对金属铬中各杂质元素的最佳分析谱线
分析元素
最佳分析线/ nm
分析元素
最佳分析线/ nm
P
213.618
Bi
306.772
Mn
257.610
Ni
231.604
Si
288.158
Cd
226.502
Al
396.152
Cu
216.556
Fe
238.204
Sb
206.834
Pb
220.353
V
309.311
Sn
189.925
As
189.042
结果与讨论
以15 %的稀盐酸作空白测试,在上述选定的工作条件下,重复测量空白溶液11次,以空白测定的标准偏差的3倍计算各元素的方法检出限,结果列于表4。由表4可知,各元素的方法检出限均满足测定要求。
表4纯铬中各杂质元素所选谱线估算的方法检出限
分析元素
分析线/ nm
方法检出限LD/%
分析元素
分析线/ nm
方法检出限LD/%
P
213.618
0.001
Bi
190.241
0.002
Mn
257.610
0.0001
Ni
231.604
0.0005
Si
251.611
0.0005
Cd
226.502
0.0001
Al
396.152
0.002
Cu
216.556
0.0002
Fe
238.204
0.0002
V
309.311
0.0005
Pb
220.353
0.001
As
189.042
0.001
Sn
189.925
0.001
Sb
206.834
0.002
为评价方法精密度及准确度, 对纯铬样品中的14种杂质元素进行了加标回收率试验及精密度试验(见表5),各元素的回收率均在88%-108%之间(结果见表5)。
表5 加标回收率(%)
分析元素
加入量/%
检出量/%
回收率/%
RSD/%
分析元素
加入量 /%
回收量/%
回收率/%
RSD/%
P
0.002
0.0020
99.5%
4.80
Bi
0.002
0.0018
92%
1.92
Mn
0.002
0.0020
100.0%
4.36
Ni
0.002
0.0019
95%
3.34
Si
0.002
0.0020
102.5%
1.07
Cd
0.002
0.0019
96%
5.20
Al
0.002
0.0018
91.2%
2.89
Cu
0.002
0.0017
84%
2.01
Fe
0.002
0.0019
93.4%
1.02
Sb
0.002
0.0018
88%
5.11
Pb
0.002
0.0022
107.9%
2.58
V
0.002
0.0019
94%
1.06
Sn
0.002
0.0022
108.3%
3.50
As
0.002
0.0019
93%
2.98
纯铬样品测试结果如下:
表6 纯铬测定结果(%)
样品 编号
分析项目/%
PMnSiAlFePb1#
0.0011
<0.001
<0.002
0.0083
0.142
<0.005
2#
0.0012
<0.001
<0.002
0.120
0.161
<0.005
SnBiNiCdCuSb1#
<0.002
<0.002
0.0054
<0.0002
<0.001
<0.002
2#
<0.002
<0.002
0.0067
<0.0002
<0.001
<0.002
VAs1#
0.0121
<0.002
2#
0.0115
<0.002
本文基于国家标准GB/T 4702《金属铬化学分析方法》,使用Plasma2000型全谱电感耦合等离子体发射光谱仪测定纯铬中的杂质元素,在标准GB/T4702的基础上对方法进行改进,扩展了测定元素范围与种类,通过计算检出限、回收率、精密度,分析结果准确稳定,可用于纯铬中P、Mn、Si、Al、Fe、Pb、Sn、Bi、Ni、Cd、Cu、Sb、V、As等多种杂质元素的分析测定。