CN102095695A - 钢铁中锑元素的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钢铁中锑元素的测定方法，其是先将钢铁试样用盐酸-硝酸溶解，除尽氮氧化物；待试样完全溶解后，冷却至室温，然后加入抗坏血酸、碘化钾，使锑元素还原为三价离子；接着加入硫脲溶液消除铁、镍、铜等元素对氢化物生成的影响；再加入盐酸，调节试样溶液酸度；最后加入硼氢化钾溶液，使溶液中锑元素三价离子与硼氢化钾进行反应，生成锑氢化物气体；将锑氢化物气体引入ICP光谱仪；ICP光谱仪设定适当工作参数，测定出锑元素的吸光强度，由计算机自动根据ICP光谱仪工作曲线计算出锑元素的含量；方法简便快速，能够提高ICP光谱仪的谱线灵敏度，测量结果稳定性好，可对钢铁中锑元素含量在0.0005～0.10％的试样进行准确分析测定。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁中锑元素的测定方法。
背景技术
钢铁中的锑元素一般是由冶炼材料带入。锑元素是钢铁中五种有害元素之一，其在钢铁中主要是固溶于Fe3C等固溶物中。锑元素对钢铁的强度和抗弯曲能力均有明显的不利影响，以致使钢铁产生高温脆性，因此，一般控制其含量小于0.01％或者更低，钢铁中的优质钢以及高温合金要求严格控制其含量，尤其是生产压力容器类产品使用的钢材，锑元素含量的要求更为严格。
现有钢铁中锑元素的测定方法主要采用《钢铁及合金化学分析方法载体沉淀-钼蓝光度法测定锑量》(GB/T 223.47-1994)，这种测定方法需要通过二氧化锰共沉淀分离大量的铁、铬、镍、钴、铝、铜等元素，并在有酒石酸存在的硫酸溶液中，用甲基异丁基酮萃取锑元素，再将萃取出锑元素与碘离子形成配合物，从而使锑元素与铌、钛等分离，然后利用分光光度计测量锑元素的吸光度，并绘制工作曲线，计算出样品中锑元素的含量。
因此这种方法操作复杂，周期长，实验过程繁琐且难以控制，尤其是沉淀、萃取等过程，不容易控制，致使测定方法稳定性较差，目前业内已经很少使用。
利用ICP光谱仪对钢铁中锑元素进行定量分析，理论上是可行的，但是一方面由于钢铁中锑元素含量很低，一般在0.001％左右或者更低，另一方面ICP光谱仪谱线灵敏度低，基体铁元素以及除铁以外的锰、镍、钼、铜、钒等共存元素对谱线影响较大，尤其铁元素的谱线干扰严重，因此直接通过雾化试样的手段测量锑元素是无法完成的，必须将锑元素从基体中进行分离和富集，才能利用ICP光谱仪进行定量分析。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种钢铁中锑元素的测定方法，其是将钢铁中的锑元素与硼氢化钾反应生成锑化氢气体，使锑元素与基体铁元素及其它共存元素分离富集，然后将锑化氢气体引入ICP光谱仪，测定出锑元素的吸光强度，最后由计算机自动根据ICP光谱仪的工作曲线计算出锑元素的含量；方法简便快速，能够提高ICP光谱仪的谱线灵敏度，测量结果稳定性好，可以对钢铁中锑元素含量在0.0005～0.10％的试样进行准确分析测定。
本发明的目的是由以下技术方案实现的。
本发明钢铁中锑元素的测定方法，其特征在于，先将钢铁试样用盐酸-硝酸溶解，除尽氮氧化物；待试样完全溶解后，冷却至室温，然后加入抗坏血酸、碘化钾，使锑元素还原为三价离子；接着加入硫脲溶液消除铁、镍、铜等元素对氢化物生成的影响；再加入盐酸，调节试样溶液酸度；最后加入硼氢化钾溶液，使溶液中锑元素三价离子与硼氢化钾进行反应，生成锑氢化物气体；将锑氢化物气体引入ICP光谱仪；ICP光谱仪设定适当工作参数，测定出锑元素的吸光强度，从而由计算机自动根据ICP光谱仪的工作曲线计算出锑元素的含量。
本发明钢铁中锑元素的测定方法的有益效果，将钢铁试样用盐酸-硝酸溶解，除尽氮氧化物；待试样完全溶解后，冷却至室温，然后加入抗坏血酸、碘化钾，使锑元素还原为三价离子；接着加入硫脲溶液消除铁、镍、铜等元素对氢化物生成的影响；再加入盐酸调节溶液酸度；最后加入硼氢化钾溶液，使溶液中锑元素三价离子与硼氢化钾进行反应，生成锑氢化物气体；将锑氢化物气体引入ICP光谱仪；ICP光谱仪设定适当工作参数，可测定出锑元素的吸光强度，从而由计算机自动根据ICP光谱仪的工作曲线计算出锑元素的含量。该方法简便快速，可以提高ICP光谱仪的谱线灵敏度，测量结果的稳定性好，能对钢铁中锑元素含量在0.0005～0.10％的试样进行准确分析测定。
附图说明
图1为计算机自动以锑量为横坐标，以光强为纵坐标绘制工作曲线。
具体实施方式
本发明钢铁中锑元素的测定方法，其特征在于，先将钢铁试样用盐酸-硝酸溶解，除尽氮氧化物；待试样完全溶解后，冷却至室温，然后加入抗坏血酸、碘化钾，使锑元素还原为三价离子；接着加入硫脲溶液消除铁、镍、铜等元素对氢化物生成的影响；再加入盐酸，调节试样溶液酸度；最后加入硼氢化钾溶液，使溶液中锑元素三价离子与硼氢化钾进行反应，生成锑氢化物气体；将锑氢化物气体引入ICP光谱仪；ICP光谱仪设定适当工作参数，测定出锑元素的吸光强度，从而由计算机自动根据ICP光谱仪的工作曲线计算出锑元素的含量。
将钢铁试样用盐酸-硝酸溶解，除尽氮氧化物，主要是二氧化氮，金属和盐酸反应生成氯化物和氢气，但有些元素不能反应，为使试样溶解完全，因此需要加入氧化剂，硝酸会和金属发生氧化反应，同时产生具有氧化性的二氧化氮气体，加热后将二氧化氮除尽，这样可以避免在加入抗坏血酸等还原剂时发生反应，影响对锑的还原；待试样完全溶解后，冷却至室温，然后加入抗坏血酸、碘化钾，使五价的锑元素还原为三价离子；接着加入硫脲溶液消除铁、镍、铜等元素对氢化物生成的影响，因为铜与硫脲可以形成具有高溶解度稳定的络合物，从而对锑的氢化物生产不产生影响，起到掩蔽剂作用；再加入1∶1的盐酸调节溶液酸度，因为锑生成氢化物要在酸性条件下进行，控制酸度在3M是合适的酸度；最后加入硼氢化钾溶液，使溶液中锑元素三价离子与硼氢化钾进行反应，生成锑氢化物气体；将锑氢化物气体引入ICP光谱仪；ICP光谱仪设定适当工作参数，可测定出锑元素的吸光强度，从而由计算机自动根据ICP光谱仪的工作曲线计算出锑元素的含量。该方法简便快速，可以提高ICP光谱仪的谱线灵敏度，测量结果稳定性良好，即多次测量样品结果的统计判定标准，可以用相对标准偏差表示，数值越小，稳定性越好，可对钢铁中锑元素含量在0.0005～0.10％的试样进行准确分析测定。
实施例：
1、试剂及设备。
盐酸：高纯
硝酸：高纯
盐-硝混酸∶盐酸∶硝酸∶水＝3∶1∶4
盐酸浓度为1∶1
抗坏血酸溶液：10％(W/V)
碘化钾溶液：10％(W/V)
硫脲溶液：10％(W/V)
氢氧化钾：优级纯
硼氢化钾溶液：0.2％(W/V)
氩气：高纯
氢化物发生器(PFTE 01)
ICP光谱仪(iCAP6500)
2、设定ICP光谱仪工作参数。
功率：1150kW；
冷却气流量：12L/min；
辅助气流量：0.5L/min；
载气流量：0.7L/min；
泵速：50rpm；
观察高度：20mm；
积分时间：15s；
波长：206.83nm。
3、测定。
准确称取钢铁试样0.2500克，放置在100毫升的石英烧杯中，加入10.00毫升盐-硝混酸，在小于200℃的低温下加热溶解，除尽钢铁试样中的二氧化氮；待试样完全溶解后，取下冷却至室温，并转移至100ml容量瓶中，加入5ml抗坏血酸溶液，摇匀，静止10分钟后，加入2ml碘化钾溶液，使试样中的锑元素还原为三价离子；再加入2ml硫脲溶液，摇匀，以去离子水稀释至刻度，摇匀，待测。
通过使用蠕动泵将上述样品溶液与硼氢化钾溶液在氢化物发生器中混合，生成锑的氢化物气体，导入ICP炬管中，测量其光强。
按上述分析步骤溶解锑元素的标准样品系列，在ICP光谱仪上，按照设定的工作条件测量钢铁试样中锑元素的光强，计算机自动以锑量为横坐标，以光强为纵坐标绘制工作曲线，如图1所示。
4、分析结果计算。
按工作条件测量试样的吸光度，计算机自动由工作曲线计算出试样相应的锑含量。
本实例选择标准样品及其测定结果对照表：
| 标准样品编号 | 锑含量(％) | 光强值 | 测定值 | 偏差值 |
| 材字2089 | 0.0007 | 1241 | 0.000676 | -0.000024 |
| 材字224_B | 0.0025 | 4111 | 0.002504 | 0.000004 |
| 材字226 | 0.0013 | 2117 | 0.001234 | -0.000066 |
| 材字243 | 0.0034 | 5620 | 0.003464 | 0.000064 |
| 材字245 | 0.0022 | 3418 | 0.002062 | -0.000138 |
| 材字251 | 0.0014 | 2467 | 0.001457 | 0.000057 |
| 材字252 | 0.0013 | 2374 | 0.001398 | 0.000098 |
| 材字286 | 0.0010 | 1666 | 0.000947 | -0.000053 |
| 材字29B | 0.0004 | 898 | 0.000458 | -0.000058 |
以锑含量为横坐标，以光强为纵坐标绘制工作曲线如图1所示。
线性关系公式为：y＝1570500x+179.02
公式中：y——样品光强
x——样品浓度(％)
表中标准样品编号是代表标准样品，都是国家标准物质，如材字251这个标准样品它的锑含量是0.0014％。在附图中表示横坐标为0.0014％，纵坐标为2467的点，即为材字251这个标样测得的光强值，由这些标准样品的含量和光强的线性关系产生图1的工作曲线。
表中的测定值是由标准曲线计算出的每个标样中锑的测定含量值。
表中偏差值是测定值和标准值的差值。
本实例国家标准样品GSBH40031-93为未知试样，测得的光强为1742，计算机自动由工作曲线计算出锑元素的含量为0.000995％，该标准样品锑的标准值为0.0010％。同样材字2089标样的标准值为0.0007％，由工作曲线上计算出测定值为0.000676％。具体公式如下。
1、GSBH40031-93为未知试样的计算：
x＝(y-179.02)/1570500
x＝(1742-179.02)/1570500＝0.000995
该未知试样中锑的浓度为0.000995％。
2、材字2089样的计算：
x＝(y-179.02)/1570500
x＝(1241-179.02)/1570500＝0.000676
该试样中锑的浓度为0.000676％。
通常的ICP光谱法测定钢铁中元素含量时采用雾化法，铁等元素同时会在炬管中激发，对锑会产生严重干扰，而且锑元素谱线的灵敏度很低，因此本实例中的样品中的锑元素无法测定出强度；由于采用本发明的氢化物法，可以将样品中锑元素与硼氢化钾生成锑化氢气体，与铁等元素分离，消除了光谱干扰，同时还是富集过程，进入炬管中的是锑化氢气体，当然会提高测定方法的灵敏度。从本实例的曲线可以看出偏差很小，都在0.0002％以下，见表中偏差值，线性很好，说明稳定性较好，实际日常检测工作中，重复测量样品的数据重现性较好，证明测量结果稳定性较好。
计算机自动由工作曲线计算出锑元素含量为现有技术，本实施例中未提及的内容均为现有技术，故，不再进行赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (1)
1.一种钢铁中锑元素的测定方法，其特征在于，先将钢铁试样用盐酸-硝酸溶解，除尽氮氧化物；待试样完全溶解后，冷却至室温，然后加入抗坏血酸、碘化钾，使锑元素还原为三价离子；接着加入硫脲溶液消除铁、镍、铜等元素对氢化物生成的影响；再加入盐酸，调节试样溶液酸度；最后加入硼氢化钾溶液，使溶液中锑元素三价离子与硼氢化钾进行反应，生成锑氢化物气体；将锑氢化物气体引入ICP光谱仪；ICP光谱仪设定适当工作参数，测定出锑元素的吸光强度，从而由计算机自动根据ICP光谱仪的工作曲线计算出锑元素的含量。
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