ABSTRACT

A method for the determination of three elements—copper, aluminum and phosphorus in ferroniobium by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) was studied. In the experiment, the sample is decomposed by nitric acid and hydrofluoric acid. Sulphuric acid was added to heat for smoking. Then citric acid was added. After constant volume, the sample was determined under optimal spectral lines and proper working conditions. The determined result shows that this method is simple, rapid and sensitive, with the detection limit between 0.004% and 0.009%, and the linear range is wide. The deviations were less than that of the standard deviations. Recovery rate was between 96% - 104%.

Keywords:ICP-AES, Ferroniobium, Determine, Three Elements

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定
铌铁中的三元素

孙秀萍，张瑜龙，吴庆梅，余  海，叶  翠，皮宁宁

重庆市环境监测中心，重庆

Email: sunxiuping66688@126.com

收稿日期：2014年3月17日；修回日期：2014年3月25日；录用日期：2014年4月10日

摘  要

研究了用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)同时测定铌铁中三元素铜、铝、磷的分析方法。试样以硝酸、氢氟酸分解，加入硫酸加热至冒烟，再加入柠檬酸溶液，定容。然后在最佳谱线和最佳工作条件下测定。试验结果表明，该方法简便、快速、灵敏，检测限在0.004%至0.009%之间，线性范围较宽，相对标准偏差均较小，回收率在96%~104%之间。

关键词

ICP-AES，铌铁，测定，三元素

1. 引言

在钢铁工业中铌可作为合金剂加入，可使金属材料的晶粒细化，降低金属材料的过热敏感性及回火脆性，改善焊接性[1] ，提高其强度、可塑性和抗蚀性。铌铁是钢铁的“味精”，在炼钢时加入适量的铌铁，就会大幅度提高钢材的强度、韧性、可焊性和耐腐蚀性[2] 。

因此，铌微合金化技术在钢铁的生产中具有广阔的应用前景，准确测定铌铁化学成分具有重要的意义。采用化学法测定铌铁中的化学成分，各元素需分别测定，操作繁琐，周期长，消耗试剂多[3] [4] 。电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)具有高灵敏度、高精密度以及工作线性范围宽等特点，其应用范围日益广泛[1] [5] 。本文建立用ICP-AES同时测定铌铁中的磷、铝、铜元素的分析方法。试验结果表明，该法是测定铌铁中多元素的有效的方法，测定误差在化学分析国家标准允许差范围。

2. 实验部分

2.1. 主要仪器和试剂

P4300V型电感耦合等离子体原子发射光谱仪及附属设备(美国PE公司)。

氢氟酸(ρ约1.15 g/mL)、硝酸(ρ约1.42 g/mL)、硫酸(ρ约1.84 g/mL)。铜标准贮备溶液：1.0 mg/mL，用基准或光谱纯金属按常规方法配制；柠檬酸溶液：300 g/L。所用化学试剂均为分析纯。

2.2. 仪器工作参数

最佳工作参数见表1。

2.3. 元素分析谱线

各元素分析谱线见表2。

2.4. 实验方法

称取一定量样品置于铂皿中，加入少量水润湿，再加入5 mL氢氟酸、20 mL水，小心滴加一定量硝酸，加热至试样完全溶解。加入一定量硫酸(1 + 1)，继续加热至冒硫酸烟并保持2~3 min。取下，稍冷，加入10 ml硝酸(1 + 1)，一定量柠檬酸溶液(300 g/L)，加热溶解盐类，冷却，转移人100 ml容量瓶，定容，摇匀。将此溶液引人等离子体炬焰中，于一定波长处分别测定铜、铝、磷强度。用试样溶液的强度减去随同试样空白溶液强度，通过工作曲线查出铜、铝、磷含量。

3. 结果与讨论

3.1. 溶样酸的选择

本文在加入5 mL氢氟酸后，分别加入了3 mL、5 mL及8 mL硝酸，实验结果表明，硝酸的加入量为3 mL，样品没有完全溶解，加入量达到5 mL，样品已经完全溶解。加入硫酸的目的是驱赶氢氟酸，为了赶尽氢氟酸，要加热至冒硫酸烟2~3 min，因此，硫酸的量不能加入太少，太多的话会影响溶液的雾化效率，因此，本文采用加入10 mL硫酸(1 + 1)。由此而引入的基体干扰问题可以通过配制标准曲线时加入同样的试剂来消除。

3.2. 络合剂的选择

采用氢氟酸和硝酸即可溶解铌铁样品，为避免氢氟酸损害ICP-AES的雾化系统，应驱赶试样中的氢氟酸，赶酸过程会造成铌和钽水解，引起试液浑浊。加入络合剂可有效解决这一难题。本文比较了三种络合剂消除铌、钽水解影响的能力，结果见表3。加入不同量的硼酸和草酸，试液均仍浑浊，表明这两种络合剂对铌、钽的络合能力弱，不能满足实验需求。柠檬酸在加入量达到15 ml即显示出明显的络合效果，为保证柠檬酸能够与铌和钽在酸性溶液中形成稳定的络合物，本实验采用20 ml柠檬酸。由此而引入的基体干扰问题可以通过配制标准曲线时加入同样的试剂来消除。

3.3. 分析线的选择

在铌铁中铌和铁是试液中的主要成分，试验用60 g/L铌和30 g/L铁标准溶液，在各元素波长处进行扫描，观察铌和铁对各元素的光谱干扰，以谱线不受或少受光谱干扰为原则选择待测元素的分析线。P和Al均选用仪器推荐的第一灵敏线，而对于Cu，由于Nb的灵敏线是322.548 nm，而Cu的第一灵敏线为324.754 nm，由于铌铁中Nb的含量在60%左右，会对Cu有干扰，从而采用第二灵敏线327.393 nm，测定结果见表2。

3.4. 干扰试验

常用的光谱干扰校正方法有离峰背景扣除法、基体匹配法和干扰因子校正法等[6] [7] 。本文采用基体匹配法消除由基体元素引起的光谱干扰及与试样导入、雾化等有关的干扰。引入的硫酸盐和柠檬酸的影响可在制作校准曲线时使校准曲线溶液中硫酸盐和柠檬酸含量与样品溶液保持一致而消除。铌铁试液中铌和铁基体含量一般在60 g/L和30 g/L左右，基体干扰的消除方法是择同类铌铁标准样品或选在混合标准溶液中加入相应量的铌和铁基体来作校准曲线。另外利用仪器所具有的同时背景扣除功能，在分析线峰两侧的适当位置作同步背景扣除，消除基体、试剂与杂散光等引起的背景干扰及光源噪音，进一步提高测量的准确度和精密度。

3.5. 校准曲线的绘制

称取0.0939 g五氧化二铌和0.0300 g基准纯铁数份，置于数个铂皿中，分别加入一定量的磷、铝和铜标准溶液，按实验方法制备标准系列溶液。在实验条件下，测定标准溶液中各待测元素的谱线强度，以分析元素浓度为横坐标，谱线强度为纵坐标，绘制各待测元素的校准曲线。同时测量试剂空白溶液10次，测定结果标准偏差的3倍作为检出限。试验结果表明，该方法检出限较低，待测元素在测定范围内有良好的线性关系，见表4。

3.6. 精密度实验

按实验方法及选定的测量条件，对铌铁标准样品(GSB03-2202-2008吉铁和YSBC18606-08重钢钢研所)中各元素进行测定，测量数据的统计结果见表5、表6。由表5和表6可知，应用该方法测得的标准样品的准确度和精密度均较好，能够满足生产分析的需要。

3.7. 加标回收率

按实验方法及选定的测量条件，加入不同量的标准溶液到已知含量的样品中，进行回收率试验，测定结果见表7。

由表7可知，应用该方法测得的标准样品的回收率较高，完全能够满足生产分析的需要。

3.8. 分析方法比较

本文对溶解试样后采用化学法测定三元素所用的时间及操作流程和用ICP-AES法进行了比较。两种方法溶解试样的时间是相同的，用分光光度法测定磷、铜的含量和用络合滴定法测定铝的含量，所用的时间总和为4小时，而用ICP-AES法则为0.5小时；从操作流程上比较，化学法的操作十分繁琐且用试剂很多，而ICP-AES法的操作则十分简便，所用试剂很少。总之，采用ICP-AES法测定铌铁中的三元素所用时间和试剂均较少，操作简便。

4. 结论

本方法从溶样酸和络合剂的选择、分析线的选择方面进行了讨论，确定了最佳的溶样条件和测量条件。溶解样品流程简单，试剂少，操作简便、快速，干扰较小，线性关系较好，准确度和灵敏度均较高，相对标准偏差较小，回收率在96%~104%之间，结果满意，可用于日常分析。

参考文献(References)