微波消解-ICP-AES法測定碳化鉻中Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti
（鋼研納克檢測技術(shù)有限公司， 北京 100094）
摘要： 采用微波消解法進(jìn)行溶樣, 以ICP-AES法測定碳化鉻中的Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti含量。選擇了合適的分析線，Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti的檢出限為0.0003mg /L～0.01mg /L , 回收率為85%～115%。該方法適用于碳化鉻中Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti含量的快速分析。
關(guān)鍵詞：微波消解；ICP-AES; 碳化鉻；Al；Ca；Co
碳化鉻具有很多優(yōu)異的性能，尤其是作為硬質(zhì)合金的晶粒長大的抑制劑得到了廣泛的應(yīng)用。其作用機(jī)理為：合金燒結(jié)時，碳化鉻優(yōu)先溶解在Co 相中阻止WC向Co相溶解，從而有效地阻止WC的溶解析出過程；在冷卻階段，碳化鉻則固溶在Co相中，固溶強(qiáng)化了粘結(jié)相。此外，碳化鉻亦可作為噴涂粉使用，例如，碳化鉻- 25%NiCr 噴涂粉在高溫下具有較好的抗氧化性、抗腐蝕性和耐磨性、因而在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的研究。準(zhǔn)確、快速分析碳化鉻中各元素的含量具有重要的實際意義。
相對于傳統(tǒng)的濕式消解法和馬弗爐高溫灰化法, 微波消解作為一種較新的樣品處理技術(shù)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：1)加熱快、升溫高、消解能力強(qiáng), 大大縮短了溶樣時間；2)消耗酸溶劑少, 空白值低；3)避免了揮發(fā)損失和樣品玷污, 回收率高，提高了分析的準(zhǔn)確度和精密度，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在ICP-AES法的樣品前處理方法中[1-3]。相對于傳統(tǒng)化學(xué)分析方法, ICP-AES具有檢出限低、精密度好、動態(tài)范圍寬、分析速度快、多元素同時測定等優(yōu)點(diǎn)，在金屬材料分析中已經(jīng)廣泛應(yīng)用。碳化鉻中鉻、鐵、硅等元素的化學(xué)分析方法已有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4-6]，但是對于其中的痕量雜質(zhì)元素使用ICP-AES法測定報道很少。
結(jié)合前處理微波消解法，本文采用鋼研納克生產(chǎn)的單道掃描ICP光譜儀成功測定了碳化鉻中的Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti等元素。
1 實驗部分
1.1 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(shù)有限公司）：高純氬（純度≥99.999%）；光柵為3600條/mm；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(jìn)口旋轉(zhuǎn)霧室，三層同軸石英炬管，中心管2.0 mm。
EXCEL 全功能型微波化學(xué)工作平臺(上海乞堯)。
1.2 試劑
硫酸ρ≈1.84 g/ml,優(yōu)級純，北京化工廠；硝酸，ρ≈1.42 g/ml,優(yōu)級純，北京化工廠；氫氟酸，ρ≈1.14g/ml,優(yōu)級純，北京化工廠；鹽酸，ρ≈1.18g/ml，優(yōu)級純，北京化工廠；高純鉻（99.99%），北京中金研新材料科技有限公司；Al、Ca、Co、Fe、Mo、V、Ti的標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度均為1000 μg/ml，Si的標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度均為500 μg/ml國家鋼鐵材料測試中心；所用溶液用水均為二次去離子水。
1.3 樣品處理
稱取試樣0.1 g (精確至0.0001g) 于聚四氟乙烯微波消解罐中, 加入2.5mLH2SO4、5.5mL HNO3、2mLHF, 按照設(shè)定的消解程序(如表1所示)進(jìn)行微波消解, 為避免反應(yīng)過于劇烈, 采用程序升溫的方法進(jìn)行消解。消解完畢后,轉(zhuǎn)移定容至100mL, 待測。隨同做試樣空白試驗。
2 結(jié)果與討論
2.1 分析譜線的選擇
對于同一種元素， ICP-AES 法理論上可以有多條譜線進(jìn)行檢測，但在實際樣品測試過程中由于基體和其他元素的干擾，并不是所有的譜線都可以選用。因此，進(jìn)行光譜掃描后，應(yīng)該根據(jù)樣品中各待測元素的含量及譜線的干擾情況，選則靈敏度適宜、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，譜線選擇結(jié)果見表2。
表2 各元素分析線
元素 Al Ca Co Fe Mo Si V Ti
譜線/nm 396.152 393.366 238.892 238.204 202.030 251.612 309.311 337.280
2.2 方法的檢出限
以空白溶液測定10次的標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍所對應(yīng)的濃度作為檢出限。Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti檢出限見下表。由表可見, 各元素的檢出限可以滿足日常檢測要求。
表3 各元素檢出限
元素 Al Ca Co Fe Mo Si V Ti
檢出限/（mg /L） 0.01 0.0003 0.003 0.001 0.003 0.01 0.002 0.002
2.3加標(biāo)回收試驗
按照選定的ICP工作條件和微波消解程序, 在樣品中分別加入Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti混標(biāo)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收試驗, 回收試驗結(jié)果列于表4。由表4可知, 待測元素Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti的加標(biāo)回收率在85 %~115 %之間, 表明本方法準(zhǔn)確可靠。
表4 方法的加標(biāo)回收
元素 本底值 加標(biāo)量 測定均值 回收率
/(mg /L) /(mg /L) /(mg /L) /%
Al 0.042 0.040 0.088 115
Ca 0.283 0.100 0.385 102
Co 0.089 0.100 0.195 106
Fe 0.333 0.100 0.426 93
Mo 0.042 0.040 0.078 90
Si <0.01 0.040 0.034 85
V 0.058 0.040 0.100 105
Ti 0.008 0.010 0.017 90
2.4 實際樣品的測定
對碳化鉻實際樣品按照本文方法進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表5。
表5 實際樣品分析結(jié)果
樣品 含量w/%
Al Ca Co Fe Mo Si V Ti
Cr3C2 0.004 0.028 0.009 0.033 0.004 <0.001 0.006 0.0008
3 結(jié)論
本方法利用微波消解前處理, ICP- AES法測定碳化鉻中的Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti含量, 具有樣品前處理簡便、有效待測元素?fù)p失較少、分析精密度高及分析速度快等有點(diǎn)。此方法簡便、準(zhǔn)確, 適用于碳化鉻中的Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti的快速測定。
參考文獻(xiàn)
[1] 成勇、彭慧仙、袁金紅等，《微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎢基硬質(zhì)合金中鈷鎳鐵鈮鉭釩鉻》[J] 冶金分析(Metallurgical Analysis),2013,33(3):50-54.
[2] 胡德新、王昊云、王兆瑞 等，《微波消解樣品-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鉛精礦中鉛、砷、鎘、汞》[J] 理化檢驗（化學(xué)分冊)（Physical Testing and Chemical Analysis（Part B:Chemical Analysis））,2012,48(7)：828 -830.
[3] 于成峰、李玉光、王晗 等，《微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定氧化鐵粉中14種元素》[J] 冶金分析(Metallurgical Analysis),2009,29(1):35-39.
[4]YS/T 422.1-2000《碳化鉻化學(xué)分析方法 鉻量的測定》(S).
[5]YS/T 422.3-2000《碳化鉻化學(xué)分析方法 鐵量的測定》(S).
[6]YS/T 422.4-2000《碳化鉻化學(xué)分析方法 硅量的測定》(S).

鋼研納克Plasma 2000 ICP光譜儀測定鍍銅鱗片石墨中Cu 含量
1 前言
石墨分為鱗片石墨、人造石墨和土狀石墨，其中，鱗片石墨警惕發(fā)育比較完整，石墨化度高，抗氧化能力強(qiáng)。鍍銅石墨改善了銅-石墨之間的界面結(jié)合，復(fù)合材料燒結(jié)性能好，有高的密度與強(qiáng)度。特別是將其作為潤滑減摩材料，不僅承載能力大幅度提高，而且潤滑減摩性能明顯改善。鍍銅后銅含量的多少影響著鍍銅鱗片石墨的材料性能，因此銅含量的測試非常重要，本文使用全譜型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀Plasma2000對鍍銅鱗片石墨中Cu 含量進(jìn)行測試。
2 結(jié)果與討論
2.1 稱樣量的選擇
鍍銅鱗片石墨中Cu 含量約35%左右，含量較高，因此稱樣量不易過大，稱樣量太小，稱量誤差大，綜合考慮，實驗中選用0.2g稱樣量。
2.2 前處理實驗
鍍銅鱗片石墨中約有百分之六十多的碳，需要先將樣品中的碳除掉，所以應(yīng)該先將樣品灰化，常規(guī)方法是將石墨置于鉑金坩堝中1000℃灼燒至碳全部灼燒完全，但本實驗中樣品中銅含量較高，高溫下可能會和鉑金坩堝合金化而損壞鉑金坩堝，為避免這種情況，本實驗中選用將樣品置于鎳坩堝中，650℃灼燒石墨碳，終實驗表明碳可以被完全除掉。表1是不同前處理方式，終選擇前處理方式1：灰化，堿熔，酸回溶。
表1 前處理選擇
序號 前處理 現(xiàn)象
1 灰化，堿熔，酸回溶 溶清
2 灰化，酸溶 沉淀較多
前處理方式1樣品溶解圖解（堿熔）
前處理方式2樣品溶解圖解（酸溶）
2.3 校準(zhǔn)曲線
以下單位是mg/L
配線,3mlHNO3,5mgNaOH，5mgNa2O2，定容至100ml
表2 校準(zhǔn)曲線配制
元素 Cu
S0 0
S1 1
S2 5
S3 7
S4 10
備注：對于高含量元素測定時，要充分考慮標(biāo)線與樣品基體的一致性，否則會導(dǎo)致結(jié)果偏差較大，見表3。
表3 不同配線結(jié)果對比
樣品 配線方式 Cu溶液中濃度mg/L Cu樣品中實際含量
1# 水標(biāo)配線 6.1938 30.9692
加等量堿配線 6.4031 32.0155
2# 水標(biāo)配線 7.0980 35.4900
加等量堿配線 7.3224 36.6118
2.4譜線選擇
表3譜線選擇（nm）
元素 儀器 Cu
譜線 Plasma2000 327.396 324.754
2.5 儀器參數(shù)
Plasma2000：功率 1.20 KW，冷卻氣流量 13.0 L/min，輔助氣流量 0.5L/min，載氣流量 0.5 L/min，蠕動泵泵速 20 rpm。玻璃霧化系統(tǒng)和矩管。
3分析結(jié)果
終結(jié)果客戶認(rèn)可。
表4 實際樣品測試結(jié)果（單位%）
樣品 儀器 Cu
1# Plasma2000 32.0155
Agilent 725 31.50
2# Plasma2000 36.6118
Agilent 725 37.25

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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，一直被包裝界認(rèn)為是的包裝容器。更加純凈的高品質(zhì)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(zhì)量指標(biāo)及檢測項目只包含理化性能、規(guī)格尺寸及外觀質(zhì)量等項。近兩年，為了與國際產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)接軌從而進(jìn)一步提高國內(nèi)藥用玻璃制品的質(zhì)量，化學(xué)成分及有害物質(zhì)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(shù)有限公司生產(chǎn)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(jìn)行了準(zhǔn)確。
樣品前處理
準(zhǔn)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(bǔ)加鹽酸（ρ=1.19g/mL）10mL，用于測定除Zr元素以外的元素。
另外準(zhǔn)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(diǎn)及工作條件
優(yōu)異的光學(xué)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(diào)諧；高效進(jìn)樣系統(tǒng)，具備激光燒蝕固體進(jìn)樣功能；軟件操作方便、信息直觀、功能全面；可靠的安全防護(hù)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(jìn)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(jìn)樣時間20s。
方法特點(diǎn)
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(guān)性好，各被測元素的線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999。
Ba校準(zhǔn)曲線
檢測結(jié)果
測得客戶藥用玻璃樣品中各元素含量結(jié)果見下表。
藥用玻璃中As、Fe、Mg、Pb等元素量測定結(jié)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

ICP-OES法測定工業(yè)硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti的含量
工業(yè)硅是一種重要的工業(yè)原料，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電子等行業(yè)。其中雜質(zhì)含量的存在嚴(yán)重影響工業(yè)硅的品質(zhì)，如其通常按金屬硅成分所含的鐵、鋁、鈣三種主要雜質(zhì)的含量來分類。根據(jù)國標(biāo)GB/T 2881-2014 工業(yè)硅要求，對其常規(guī)元素Fe、Ca、Al及微量元素B、P、Ti做出了要求。本文采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定工業(yè)硅中雜質(zhì)，方法快捷簡單，結(jié)果準(zhǔn)確，適用于工業(yè)硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti的含量測定。
使用儀器：鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司 Plasma 1000 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀
Plasma 1000 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀
儀器特點(diǎn)：
優(yōu)良的光學(xué)系統(tǒng)，先進(jìn)的控制系統(tǒng)，保證峰位定位準(zhǔn)確，信背比優(yōu)良；
RF輸出功率的范圍750-1500W，輸出功率穩(wěn)定性小于0.1%；
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。
Plasma 1000工作條件
載氣流量（L/min） 輔助氣流量（L/min） 冷卻氣流量（L/min）
0.6 2 15
RF功率（W） 光柵刻線 蠕動泵轉(zhuǎn)速（rpm）
1250 3600條/mm 20
實驗方法
稱取一定量工業(yè)硅樣品，加入一定比例的混酸，使用微波消解儀消解。待樣品冷卻后取出，定容至100ml容量瓶待測。
分析譜線的選擇
表2 Plasma 1000譜線選擇
元素 B Al Ca
譜線（nm） 249.678 396.152 396.847
元素 Fe P Ti
譜線（nm） 238.204 213.618 336.122
標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制
B、Al、Ca、Fe、P、Ti標(biāo)準(zhǔn)溶液（國家鋼鐵材料測試中心，1000μg/mL）
配制曲線濃度如表3 ，線性相關(guān)系數(shù)大于0.999。
表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度（μg/mL）
元素名稱 標(biāo)準(zhǔn)1 標(biāo)準(zhǔn)2 標(biāo)準(zhǔn)2 標(biāo)準(zhǔn)3 標(biāo)準(zhǔn)4
B 0 0.1 0.5 1 5
Al 0 1 5 10 20
Ca 0 0.1 0.5 1 5
Fe 0 10 20 50 100
P 0 0.1 0.5 1 10
Ti 0 0.5 1 5 10
方法檢出限
表 3 方法檢出限（%）
元素 B Al Ca
檢出限 0.00003 0.000061 0.0003
元素 Fe P Ti
檢出限 0.000051 0.00138 0.00006
測定結(jié)果及加標(biāo)回收率
在實際樣品中加入被測元素，其加標(biāo)回收率93.9%-114.6%為之間，滿足定量要求。
表4 實際樣品分析結(jié)果（%）
元素 樣品測定值 加入量 加標(biāo)測定值 加標(biāo)回收率%
B 0.0022 0.002 0.0040 93.9
Al 0.1057 0.2 0.3166 105.4
Ca 0.0253 0.05 0.0810 111.5
Fe 0.6139 0.5 1.1867 114.6
P 0.0055 0.01 0.0158 102.9
Ti 0.0455 0.05 0.0995 108.0
結(jié)論
本方法采用plasma 1000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定工業(yè)硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti的含量，方法檢出限為0.00003%-0.00138%之間，加標(biāo)回收率介于93.9%-114.6%之間，適用于工業(yè)硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti等元素的檢測。