CN105021591B

CN105021591B - 一种测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法

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Publication number: CN105021591B
Application number: CN201510469215.2A
Authority: CN
Inventors: 李虹; 史文斌; 张颖
Original assignee: Shanghai Electric Power Generation Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Electric Power Generation Equipment Co Ltd
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2035-08-03
Also published as: CN105021591A

Abstract

本发明提供一种测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法，包括以下步骤：1）样品前处理：称取样品加入硝酸，加热、溶解后冷却，再稀释、过滤后，获得样品溶液；2）选取标准样品，重复步骤1）中处理过程，并加入待测元素，获得校准溶液；3）测定：分别将样品溶液和校准溶液进行ICP‑AES检测，采用校准曲线法进行定量，获得样品溶液中硅、锰、磷、钼、铜、钛、镁、镧、铈、钇元素的含量。本发明提供的一种测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法，前处理操作简便、快速、准确，仪器检测条件优化，分析速度快、分析结果稳定性好、准确性高。

Description

一种测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法

技术领域

本发明属于金属材料成分的化学分析技术领域，具体涉及一种测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法。

背景技术

生铸铁，又称生铁或铸铁，一般是指含碳量在2％以上的铁的合金。根据生铁里碳存在形态的不同，又可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。生铁含碳量高，性能上坚硬、耐磨、铸造性好，但脆、几乎没有塑性，可铸不可锻。生铸铁中除了含铁、碳外，还含有硅、锰、磷等元素，基体情况复杂，影响生铸铁质量。有时为了有效提高生铸铁的性能，还会添加一些必要元素。因此，有必要对其中的一些重要元素进行有效检测，控制其含量，以便于有效监控生铸铁的质量。

可见，化学成分是影响生铸铁质量的重要因素，为保证质量，建立正确的方法准确分析其化学成分是非常必要的。目前，常规测定生铸铁中多元素的前处理通常采用盐酸-硝酸低温溶解，冒烟至近干的方法，但该方法会造成硅酸脱水成硅胶析出，导致不能测定硅含量。另外，常规的前处理方法还采用硫酸-硝酸溶解的方法，但是由于硫酸粘度较大，显著影响试样的提升率，对ICP-AES的分析结果有极大影响。

另外，电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)，作为一种仪器分析方法，具有同时进行多元素测定的优势，目前已用于分析测定生铸铁中某些元素。如肖勇等进行了ICP-AES测定球墨铸铁中镧铈钇的研究。但生铸铁中主要基体元素是铁，分析的样品溶液中基体元素含量高，存在基体效应。而且钢铁合金元素一般是富线元素，相互之间存在谱线部分重叠或完全重叠干扰。可见，生铸铁中基体情况复杂，各种元素之间还彼此存在干扰，其多元素同时测定存在诸多难点，仍需要进一步的研究与探索。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法，用于解决现有技术中缺乏分析速度快、分析结果准确的同时测定生铸铁中硅、锰、磷、钼、铜、钛、镁、镧、铈、钇元素含量的方法的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法，包括以下步骤：

1)样品前处理：称取样品加入硝酸，加热、溶解后冷却，再稀释、过滤后，获得样品溶液；

优选地，所述硝酸为硝酸水溶液。

更优地，所述硝酸水溶液中浓硝酸与水的体积比为1:2-4。

最优地，所述硝酸水溶液中浓硝酸与水的体积比为1:3。

所述浓硝酸为常规使用的市售浓硝酸，所述浓硝酸的质量浓度不小于95％，密度为1.42g/mL。

优选地，所述样品的加入重量与硝酸的加入体积的固液比为：1:90-110(g/ml)。

更优选地，所述样品的加入重量与硝酸的加入体积的固液比为：1:100(g/ml)。

优选地，所述加热温度为80-150℃。

优选地，所述加热时间为45-90分钟。

优选地，所述溶解要使样品完全溶解。

优选地，所述冷却至室温。

优选地，所述过滤使用中速滤纸过滤。

2)校准溶液的配制：选取标准样品，重复步骤1)中处理过程，并加入待测元素，获得校准溶液；

所述标准样品为与分析样品基体相近且基本不含待测元素的纯生铸铁样品。

所述待测元素为一定浓度含量的待测元素标准溶液。

优选地，所述标准样品加入硝酸，加热、溶解后冷却，再加入待测元素，稀释、过滤后，获得校准溶液。

3)测定：分别将步骤1)中样品溶液、步骤2)配制的校准溶液进行电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)检测，采用校准曲线法进行定量，获得样品溶液中硅、锰、磷、钼、铜、钛、镁、镧、铈、钇元素的含量。

优选地，步骤3)中，所述校准曲线法包括以下步骤：

ⅰ、将步骤2)中获得的一系列不同浓度的校准溶液进行ICP-AES检测，分别获得每种待测元素的分析线强度比与相应的待测元素的质量浓度的线性关系，绘制相应的校准溶液工作曲线，分别计算得到10种待测元素的校准工作曲线的回归方程。

更优地，所述校准曲线中，以每种待测元素的分析线强度比为纵坐标(Y轴)，其相应待测元素的质量浓度为横坐标(X轴)。

ⅱ、将步骤1)中样品溶液及其空白溶液进行ICP-AES检测，将获得的样品溶液中每种待测元素的分析线强度比，代入步骤ⅰ中相应待测元素的校准工作曲线的回归方程，并根据校准溶液中相应待测元素的已知质量浓度，计算得到样品溶液中相应待测元素的质量浓度。

优选地，步骤3)中，所述ICP-AES的仪器检测条件为：

RF发射功率：750-1600瓦；冷却气(等离子气)：氩气；冷却气(等离子气)流量：10-20升/分钟；雾化气(载气)：氩气；雾化气(载气)流量：0.1-1.5升/分钟；辅助气：氩气；辅助气流量：0.1-2升/分钟；垂直观测高度：8-21毫米；冲洗时间：1-30秒；积分时间：短波10-20秒，长波3-8秒；重复测量次数：2-5次；冲洗泵速：1-125rpm；分析泵速：1-125rpm；样品进样量：2-4ml。

更优地，步骤3)中，所述ICP-AES的仪器检测条件为：

RF发射功率：1150瓦；冷却气(等离子气)：氩气；冷却气(等离子气)流量：12升/分钟；雾化气(载气)：氩气；雾化气(载气)流量：0.75升/分钟；辅助气：氩气；辅助气流量：0.5升/分钟；垂直观测高度：15.0毫米；冲洗时间：15秒；积分时间：短波15秒，长波5秒；重复测量次数：3次；冲洗泵速：60rpm；分析泵速：60rpm；样品进样量：3ml。

优选地，步骤3)中，所述ICP-AES中被测元素的分析线波长为：硅：288.158、251.611、212.412纳米；锰：257.610、279.482、260.569纳米；磷：178.284、177.495、213.618纳米；钼：202.030、281.615、204.598纳米；铜：327.396、324.754、224.700纳米；钛：334.941、323.452、336.121纳米；镁：279.553、285.213、285.213纳米；镧：412.323、333.749、379.478纳米；铈：404.076、456.236、393.109纳米；钇：371.030、324.228、360.073纳米。

更优地，步骤3)中，所述ICP-AES中被测元素的分析线波长为：硅：288.158纳米；锰：257.610纳米；磷：178.284纳米；钼：202.030纳米；铜：327.396纳米；钛：323.452纳米；镁：279.553纳米；镧：412.323纳米；铈：456.236纳米；钇：371.030纳米。

如上所述，本发明的一种测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法，采用一定体积比的稀硝酸水溶液，能够将试料溶解完全，在不影响硅测定的同时，可提高试液的提升率，使方法能更好地满足简便、快速、准确的要求。同时，该方法只用到少量的硝酸，具有节能、环保的优点。

而且，本发明的一种测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法，只需要溶解试样一次，就可以时测定生铸铁中硅、锰、磷、钼、铜、钛、镁、镧、铈、钇的含量，操作简便、分析速度快、测试所需时间短、准确性高。

另外，本发明通过选择ICP-AES最佳仪器检测条件，以避免生铸铁中基体及谱线干扰，通过综合考虑炬管寿命、样品的进样量、气体的消耗量、分析谱线强度、测量结果的稳定性等，在保证分析结果稳定性好、准确性高的前提下，选择合适的预冲洗时间、积分次数以便缩短分析时间、加快分析速度。同时，还需对高频发生器功率、辅助气流量、雾化气流量、蠕动泵泵速进行选取，得出最佳工作参数。并且，选择最适合的分析谱线，针对不同元素，有的选择灵敏线，有的选择较次灵敏线，从而保证分析强度的稳定性和可靠性。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

1试剂与仪器

1.1试剂

浓硝酸：ρ1.42g/mL，分析纯，永华化学科技(江苏)有限公司。

标准样品：材字018稀土镁球墨铸铁，上海材料研究所；YSBC37034-00稀土镁球墨铸铁，郑州机械研究所；纯铁第300号：钢铁研究总院。以上标准样品的化学成分含量详见下表1。

表1

待测元素：硅：GSBG 62007-90(1401)，500μg/mL；锰：GSBG 62019-90(2502)，1000μg/mL；磷：GSBG 62009-90(1502)，1000μg/mL；钼：GSBG 62035-90(4201)，1000μg/mL；铜：GSBG62024-90(2902)，1000μg/mL；镁：BSBG 62005-90(1201)，1000μg/mL；钛：GSBG 62014-90(2201)，1000μg/mL；镧：GSBG 62047-90(5701)，1000μg/mL；铈：GSBG 62048-90(5801)，1000μg/mL；钇：GSBG 62032-90(3901)，1000μg/mL。上述标液的生产商均为国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院。

水：纯水机自制。

1.2仪器

电感耦合等离子体原子发射光谱仪：iCAP 6500型，美国热电公司。

2、测定方法

2.1样品前处理

称取0.5000g待测样品置于150ml烧杯中，加入50ml硝酸(硝酸∶水体积比＝1:3)，在80-150℃低温加热45-90分钟，至样品完全溶解后，冷却至室温，将试液移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，用干的中速滤纸过滤后，即得样品溶液，待用。

2.2校准溶液的配制

分别称取7份0.45克纯铁标准样品，分置于7个150mL烧杯中，加入50ml硝酸(硝酸∶水体积比＝1:3)，在80-150℃低温加热45-90分钟，至样品完全溶解后，冷却至室温，再分别加入不同含量的一系列待测元素标准溶液，将试液移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，用干的中速滤纸过滤后，即获得一系列不同待测元素浓度的校准溶液。具体一系列校准溶液中待测元素的浓度含量见下表2。其中，稀土元素在实际样品中的含量较低，因此无需在校准溶液中配制高浓度含量的稀土待测元素。

表2系列标准溶液含量(％)

序号	Si	Mn	P	Mo	Cu	Ti	Mg	La	Ce	Y
											0	0.0011	0.0046	0.0064	0	0.0051	0	0	0	0	0
1	0.0016	0.0056	0.0074	0.001	0.0061	0.001	0.001	0.001	0.001	0.001
											2	0.0061	0.0156	0.0174	0.01	0.0161	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01
3	0.0511	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
											4	1	1	/	1	1	/	/	/	/	/
5	2	/	/	/	/	/	/	/	/	/
											6	3	/	/	/	/	/	/	/	/	/

2.3样品的测定

分别将2.1样品溶液和2.2校准溶液进行电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)检测，采用校准曲线法进行定量，获得样品溶液中硅、锰、磷、钼、铜、钛、镁、镧、铈、钇元素的含量。

具体来说，先将上述2.2中获得的一系列不同浓度的校准溶液进行ICP-AES检测，分别获得每种待测元素的分析线强度比与相应的待测元素的质量浓度的线性关系，以每种待测元素的分析线强度比为纵坐标(Y轴)，其相应待测元素的质量浓度为横坐标(X轴)，绘制相应的校准溶液工作曲线，分别计算得到10种待测元素的校准工作曲线的回归方程。

然后，再将样品溶液及其空白溶液进行ICP-AES检测，将获得的样品溶液中每种待测元素的分析线强度比，代入相应待测元素的校准工作曲线的回归方程，并根据校准溶液中相应待测元素的已知质量浓度，计算得到样品溶液中相应待测元素的质量浓度。

ICP-AES的仪器检测条件为：RF发射功率：750-1600瓦；冷却气(等离子气)：氩气；冷却气(等离子气)流量：10-20升/分钟；雾化气(载气)：氩气；雾化气(载气)流量：0.1-1.5升/分钟；辅助气：氩气；辅助气流量：0.1-2升/分钟；垂直观测高度：8-21毫米；冲洗时间：1-30秒；积分时间：短波10-20秒，长波3-8秒；重复测量次数：2-5次；冲洗泵速：1-125rpm；分析泵速：1-125rpm；样品进样量：2-4ml。

优选ICP-AES的仪器检测条件为：RF发射功率：1150瓦；冷却气(等离子气)：氩气；冷却气(等离子气)流量：12升/分钟；雾化气(载气)：氩气；雾化气(载气)流量：0.75升/分钟；辅助气：氩气；辅助气流量：0.5升/分钟；垂直观测高度：15.0毫米；冲洗时间：15秒；积分时间：短波15秒，长波5秒；重复测量次数：3次；冲洗泵速：60rpm；分析泵速：60rpm；样品进样量：3ml。

ICP-AES中被测元素的分析线波长为：硅：288.158、251.611、212.412纳米；锰：257.610、279.482、260.569纳米；磷：178.284、177.495、213.618纳米；钼：202.030、281.615、204.598纳米；铜：327.396、324.754、224.700纳米；钛：334.941、323.452、336.121纳米；镁：279.553、285.213、285.213纳米；镧：412.323、333.749、379.478纳米；铈：404.076、456.236、393.109纳米；钇：371.030、324.228、360.073纳米。

优选被测元素的分析线波长为：硅：288.158纳米；锰：257.610纳米；磷：178.284纳米；钼：202.030纳米；铜：327.396纳米；钛：323.452纳米；镁：279.553纳米；镧：412.323纳米；铈：456.236纳米；钇：371.030纳米。

3、结果与讨论

3.1不同体积比稀硝酸的选择

选取同一待测样品，分别选用稀硝酸(硝酸∶水体积比＝1:1)、稀硝酸(硝酸∶水体积比＝1:2)、稀硝酸(硝酸∶水体积比＝1:3)、稀硝酸(硝酸∶水体积比＝1:4)、稀硝酸(硝酸∶水体积比＝1:5)5种溶剂作为前处理溶剂，按照上述2.1的前处理条件进行处理，再根据上述2.2的校准溶液，最后用ICP-AES分别进行检测，具体检测结果见表3。由表3对比可知，当硝酸∶水体积比＝1:3时，10种元素经ICP-AES检测后的检测结果值最优。

表3不同体积比的稀硝酸检测结果比较

3.2线性范围及检出限

表4线性范围及检出限

Y：分析线强度比；X：质量浓度

按2.2中校准溶液的配制方法，以纯铁标准样品打底，加入待测元素标准溶液，配置一系列不同浓度的校准溶液进行测定，以每种待测元素的分析线强度比与相应的待测元素的质量浓度的线性关系，绘制相应的校准工作曲线。其线性范围，一元线性回归方程，相关系数见上表4。

同时，重复测定样品空白溶液10次，取3倍标准偏差所对应的浓度值为定量检出限，获得的定量检出限见上表4。

由上述表4可知，10种元素的工作曲线在一定的线性范围内线性良好，其相关系数r2均不小于0.9992。同时，该测定方法具有较高的灵敏度，定量检出限均不大于0.0006μg/ml。

3.3精密度与准确试验

表5精密度检测结果(n＝5)

在最佳的仪器分析参数下，按试验方法对稀土球墨铸铁试样进行精密度与准确度试验，试验数据见上表5。从上述表5中数据可知，本方法精密度好，准确度高，稳定性好。

4、结论

综上所述，本发明提供的一种测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法，前处理操作简便、快速、准确，仪器检测条件优化，分析速度快、分析结果稳定性好、准确性高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种同时测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法，包括以下步骤：

3)测定：分别将步骤1)中样品溶液、步骤2)配制的校准溶液进行电感耦合等离子体原子发射光谱仪检测，采用校准曲线法进行定量，同时获得样品溶液中硅、锰、磷、钼、铜、钛、镁、镧、铈、钇元素的含量；

步骤1)中，所述硝酸为硝酸水溶液，所述硝酸水溶液中浓硝酸与水的体积比为1:2-4；

步骤1)中，所述样品的加入重量与硝酸的加入体积的固液比为：1:90-110；

步骤1)中，所述加热温度为80-150℃；所述加热时间为45-90分钟；

步骤3)中，所述ICP-AES的仪器检测条件为：RF发射功率：750-1600瓦；冷却气：氩气；冷却气流量：10-20升/分钟；雾化气：氩气；雾化气流量：0.1-1.5升/分钟；辅助气：氩气；辅助气流量：0.1-2升/分钟；垂直观测高度：8-21毫米；冲洗时间：1-30秒；积分时间：短波10-20秒，长波3-8秒；重复测量次数：2-5次；冲洗泵速：1-125rpm；分析泵速：1-125rpm；样品进样量：2-4ml；

所述ICP-AES中被测元素的分析线波长为：硅：288.158纳米；锰：257.610纳米；磷：178.284纳米；钼：202.030纳米；铜：327.396纳米；钛：323.452纳米；镁：279.553纳米；镧：412.323纳米；铈：456.236纳米；钇：371.030纳米。

2.根据权利要求1所述的同时测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法，其特征在于，步骤1)中，所述冷却至室温；所述过滤使用中速滤纸过滤。

3.根据权利要求1所述的同时测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法，其特征在于，步骤2)中，所述标准样品加入硝酸，加热、溶解后冷却，再加入待测元素，稀释、过滤后，获得校准溶液。

4.根据权利要求1所述的同时测定生铸铁中硅锰磷钼铜钛镁镧铈钇含量的方法，其特征在于，所述ICP-AES的仪器检测条件为：RF发射功率：1150瓦；冷却气：氩气；冷却气流量：12升/分钟；雾化气：氩气；雾化气流量：0.75升/分钟；辅助气：氩气；辅助气流量：0.5升/分钟；垂直观测高度：15.0毫米；冲洗时间：15秒；积分时间：短波15秒，长波5秒；重复测量次数：3次；冲洗泵速：60rpm；分析泵速：60rpm；样品进样量：3ml。