CN105699361A - 利用电感耦合等离子体发射光谱仪同时检测钛铁中Al、Cu、Mn、P和Si含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用电感耦合等离子体发射光谱仪同时检测钛铁中Al、Cu、Mn、P和Si含量的方法，包括以下步骤：(1)制备试样溶液；(2)选择元素谱线：根据试样的基体组成选择各元素的最佳分析谱线；(3)绘制标准曲线：配制Al、Cu、Mn、P和Si的标准溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定各元素在最佳分析谱线下的发射光强度，绘制标准曲线；(4)检测试样：将试样溶液通过进样系统引入电感耦合等离子体发射光谱仪，测定各元素所对应的发射光强度，根据标准曲线确定各元素含量。本发明方法所得各元素标准曲线线性关系良好，对各元素含量的测定具有高的准确度和精密度，可用于标准样品和生产试样的分析。

Description

利用电感耦合等离子体发射光谱仪同时检测钛铁中Al、Cu、Mn、P和Si含量的方法

技术领域

本发明属于元素分析领域，涉及一种同时检测钛铁中Al、Cu、Mn、P和Si元素含量的方法，尤其涉及一种利用电感耦合等离子体发射光谱仪同时检测钛铁中Al、Cu、Mn、P和Si元素含量的方法。

背景技术

钛可以增加钢铁的耐磨性和抗拉强度，钛铁合金是生产链条钢、锚链钢、造船用钢、不锈钢、电焊条以及电子、军工产品等的重要原料。在石油工业以及汽车制造业中为了满足对钢材性能要求，需要在炼钢过程中加入钛铁等合金元素进行微合金化处理，以改善钢材的结晶结构、改善材料的力学和物理性能。因而无论在合金采购质量控制方面，还是在指导炼钢工艺操作方面，都需要对钛铁合金化学成分进行化验分析。

在检测钛铁中Al、Cu、Mn、P和Si元素含量的方法中，常用的分析方法是采用硫酸脱水重量法、亚砷酸盐-亚硝酸盐滴定法、EDTA滴定法等化学方法进行测定。而这些方法存在着以下缺点：对Al、Cu、Mn、P和Si各种元素的分析都需要分别制备各元素的溶液，不能联合测定，使得操作复杂繁琐、步骤冗长、耗时耗力、效率低，并且在分析过程中有害化学试剂的使用影响操作人员身体健康，对环境造成二次污染。

CN201410135853中公开了联合测定铌铁合金中杂质元素和基体元素铌含量的方法，所述方法包括：在室温环境条件下用浓氢氟酸、浓硝酸和浓过氧化氢消解样品，形成待测溶液；分别配制包括杂质元素和铌元素的系列标准溶液，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法对标准溶液进行检测，绘制杂质元素校准曲线和铌元素校准曲线，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定待测溶液，并结合校准曲线得到铌铁合金样品中的杂质元素含量和铌元素含量。本发明的优点包括：能够同时测量铌铁合金中诸如硅、钽、钨、钛、铝、铜、磷、锰、铅、锡、钒等杂质元素含量和基体元素铌含量。但是此发明在其检测过程中得到的元素标准曲线的相关系数普遍在0.999级别上，不能满足化学分析中所期望的各元素标准曲线相关系数均在0.9999以上的要求，所以需要进一步提高方法的精确度和准确度。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种同时检测钛铁中Al、Cu、Mn、P和Si元素含量的方法，特别是提供了一种利用电感耦合等离子体发射光谱仪同时检测钛铁中Al、Cu、Mn、P和Si元素含量的方法，该方法具有更高的精确度和准确度。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种利用电感耦合等离子体发射光谱仪同时检测钛铁中Al、Cu、Mn、P和Si含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备试样溶液：将样品置于消解器皿中，在室温下滴加氢氟酸，而后加入王水使其完全溶解，加水稀释定容得到试样溶液；

(2)选择元素谱线：根据试样的基体组成选择各元素的最佳分析谱线；

(3)绘制标准曲线：配制Al、Cu、Mn、P和Si的标准溶液，而后将得到的标准溶液通过进样系统引入电感耦合等离子体发射光谱仪，测定各元素在最佳分析谱线下的发射光强度，绘制标准曲线；

(4)检测试样：将步骤(1)所得的试样溶液通过进样系统引入电感耦合等离子体发射光谱仪，测定Al、Cu、Mn、P和Si所对应的发射光强度，根据标准曲线确定Al、Cu、Mn、P和Si的含量；

其中，步骤(3)和步骤(4)所述电感耦合等离子体发射光谱仪的工作条件独立地为：RF功率1150w，泵速50r/min，辅助气流量0.5L/min，雾化器流量0.65L/min，观测高度15cm，积分时间30s。

本发明方法的步骤(1)中所述氢氟酸和王水的纯度为优级纯；优选地，所述水为符合GB/T6682中规定的一级水。本发明方法的步骤(1)所述制备试样溶液主要包括将样品置于消解器皿中，用少量水润湿后，在室温下滴加氢氟酸至与样品反应完全，而后加入王水，定容于100ml塑料容量瓶中得到试样溶液。步骤(1)中所述样品质量为0.1000-0.5000g，加入王水体积为7-10ml，例如可以选择的样品质量为0.1000g、0.1500g、0.2000g、0.2500g、0.3000g、0.3500g、0.4000g、0.4500g或0.5000g，可加入的王水体积为7ml、7.5ml、8ml、8.5ml、9ml、9.5ml或10ml。

本发明所述方法的步骤(2)选定的所述各元素的最佳分析谱线为：Al308.215nm、Cu372.369nm、Mn257.610nm、P178.284nm和Si288.158nm。

本发明所述方法的步骤(3)所述配制标准溶液所选定的各元素的浓度梯度为：Al0％、1.00％、5.00％、10.00％、20.00％，Cu0％、0.01％、0.05％、0.10％、0.50％，Mn0％、0.50％、2.00％、4.00％、8.00％，Si0％、1.00％、2.00％，5.00％、10.00％，P0％、0.01％、0.02％、0.05％、0.10％。

本发明所用的电感耦合等离子体发射光谱仪为美国赛默飞世尔的ICAP6300型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪；所述电感耦合等离子体发射光谱仪的进样系统为耐氢氟酸进样系统。

本发明所述方法中，样品前处理过程不需加热，只需在常温下进行，具有节能降耗的优点；并且在样品制备过程中利用王水和氢氟酸，避免了采用高沸点酸以及危害性大的化学试剂，提高了实验的安全系数，并且通过使用耐氢氟酸的进样系统，避免试样溶液中氢氟酸对仪器造成的污染与腐蚀等问题。

本发明对元素谱线进行了筛选，因为分析仪器对应每种元素会提供几十条谱线，采用不同的谱线，所测定的结果相差甚远，因为谱线之间存在很大的干扰，不仅同一种元素的不同谱线间存在干扰，而且不同元素的谱线间也存在严重的干扰，同时不同谱线的强度也有所不同，所以需要根据试样的基体组成(本发明试样的基体组成为钛和铁)选择各元素最佳的分析谱线。

另外，本发明在使用非常规的耐氢氟酸进样系统的仪器硬件配置，以及为满足联合测定钛铁样品中元素含量的要求下，试验优选了射频功率、泵速、雾化器流量、辅助气流量、观测高度、积分时间等关键仪器工作参数，确保检测精确度和准确度。

本发明具有以下有益效果：1、在本发明的样品制备过程中无需任何加热设备，只需在常温下进行，有节能降耗的优点。2、实验过程中所使用的试剂相对安全，未使用危害性大的化学试剂，增加了实验的安全性、不造成环境污染，比较环保。3、只需要将试样制备成简单溶液即可利用电感耦合等离子体发射光谱仪同时检测钛铁试样中Al、Cu、Mn、P和Si元素的含量，能够快速得到试样中各种元素的具体含量，缩短了检测时间，提高了工作效率。4、本发明通过控制关键仪器工作参数，获得的各元素标准曲线对应的线性相关系数分别为：Al0.999992，Cu0.999989，Mn0.999988，Si0.999991，P1.000000，线性相关系数均在0.9999以上，可以确保检测的精度和准确度，可用于标准样品和生产试样的分析。

附图说明

图1是本发明中绘制的Al元素的标准曲线；

图2是本发明中绘制的Cu元素的标准曲线；

图3是本发明中绘制的Mn元素的标准曲线；

图4是本发明中绘制的Si元素的标准曲线；

图5是本发明绘制的P元素的标准曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例

1、仪器设备和工作条件

使用仪器：ICAP6300型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪(美国赛默飞世尔公司)。仪器工作条件：RF功率1150w；泵速50r/min；辅助气流量0.5L/min；雾化器流量0.65L/min；观测高度15cm；积分时间30s。

2、主要试剂和标准溶液

在本发明中所用试剂均为优级纯，实验用水为符合GB/T6682中规定的一级水。

盐酸(ρ＝1.42g/ml)优级纯；

硝酸(ρ＝1.19g/ml)优级纯；

王水(盐酸:硝酸＝3:1)；

氢氟酸(ρ＝1.15g/ml)优级纯；

高纯铁，质量分数为99.98％；

高纯钛，质量分数为99.98％；

国家标准铝溶液，浓度1000μg/ml；

国家标准铜溶液，浓度1000μg/ml；

国家标准锰溶液，浓度1000μg/ml；

国家标准磷溶液，浓度1000μg/ml；

国家标准硅溶液，浓度1000μg/ml。

3、对钛铁中Al、Cu、Mn、P和Si元素含量的检测

本发明利用电感耦合等离子体发射光谱仪对钛铁中Al、Cu、Mn、P和Si元素含量进行同时检测，所述检测方法包括以下步骤：

(1)试样的制备

分别称取样品0.2000g放于4个聚四氟乙烯烧杯中，向每个聚四氟乙烯烧杯中各加入少量水润湿样品后，逐滴加入氢氟酸至反应完全，而后加入8ml王水静置至橙色透明，分别加水稀释定容于100ml塑料容量瓶中，制得未知样品1#、2#、3#和4#。

(2)选择元素谱线

基于试样的基体组成，并且通过对溶液中共存离子对检测元素的干扰试验，在仪器推荐的谱线中选择灵敏度高、干扰小、线性系数好的谱线作为分析谱线。最终选定的各元素的最佳分析谱线为Al308.215nm、Cu372.369nm、Mn257.610nm、P178.284nm和Si288.158nm。

(3)标准曲线的绘制

称取五份与试样含量接近的高纯铁和高纯钛，分别置于聚四氟乙烯烧杯中，加入少量水润湿后，逐滴加入氢氟酸至反应完全，加入8ml王水静置至橙色透明后移入100ml塑料容量瓶中，分别加入一定量的Al、Cu、Mn、Si、P元素标准溶液(标液加入量呈一定梯度，并使待测元素含量落在工作曲线范围内)，稀释定容，使得五份标准溶液中元素标准溶液的质量百分比浓度分别为：Al0％、1.00％、5.00％、10.00％、20.00％，Cu0％、0.01％、0.05％、0.10％、0.50％，Mn0％、0.50％、2.00％、4.00％、8.00％，Si0％、1.00％、2.00％，5.00％、10.00％，P0％、0.01％、0.02％、0.05％、0.10％。利用耐氢氟酸进样系统将系列标准溶液导入仪器中进行测定，以各元素的浓度为横坐标，以各元素的强度为纵坐标绘制标准曲线(如图1-5所示)。不同元素标准曲线中各元素浓度以及标准曲线相关系数如表1所示。

表1不同元素标准曲线浓度及相关系数

由结果可以看出，由本发明方法所得的五种元素(Al、Cu、Mn、P和Si)的标准曲线的相关系数在0.999988-1.000000的范围内，线性关系良好，能够满足检测分析中对标准曲线线性相关系数在0.9999以上的要求。

(4)检测试样

将步骤(1)制备得到的试样溶液即未知样1#、2#、3#和4#，通过耐氢氟酸进样系统将试样溶液和试剂空白液引入ICAP6300型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪，利用试剂空白液作为实验对照，测定Al、Cu、Mn、P和Si在相应分析谱线下的发射光强度，根据标准曲线确定Al、Cu、Mn、P和Si的含量，将各元素的强度与工作曲线比较得到试样中的各元素含量。

a.准确度试验

利用标样YSBC19605-05和YSBC18604-08的实测值与认定值进行比较来评价本发明检测方法的准确度，试验结果如表2所示。

表2准确度试验

检测结果显示，标样的实际测量结果与认定值之间的偏差完全在国标误差范围内，其方法准确度可满足分析需要。

b.精密度试验

通过精密度试验对本发明方法进行评价，对未知样1#、2#和3#测得的结果如表3所示。

表3精密度试验(n＝10)

由表3可见本方法所有元素相对标准偏差均小于1.2％，具有较高的精密度，完全可以满足分析需要。

c、回收率试验

利用标准样品Ti-30-1和GBW01430以及未知样4#进行精密度试验，对本发明方法进行评价，试验结果如表4所示。

表4回收率试验

表4的检测数据可以看出，标准样品以及测试的未知样中不同浓度梯度的检测元素回收率都在92％-105％之间，这再次证明了本方法具有很高的准确度。

以上实验数据表明，本发明可以利用电感耦合等离子体发射光谱仪同时检测钛铁中Al、Cu、Mn、P、Si元素的含量，本方法具有较高的准确度，加标回收率试验回收率为在92％-105％，相对标准偏差均小于1.2％，并且稳定性好，精密度高，可用于标准样品和生产试样的分析。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明方法中各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种利用电感耦合等离子体发射光谱仪同时检测钛铁中Al、Cu、Mn、P和Si含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备试样溶液：将样品置于消解器皿中，在室温下滴加氢氟酸，而后加入王水使其完全溶解，加水稀释定容得到试样溶液；

(2)选择元素谱线：根据试样的基体组成选择各元素的最佳分析谱线；

(3)绘制标准曲线：配制Al、Cu、Mn、P和Si的标准溶液，而后将得到的标准溶液通过进样系统引入电感耦合等离子体发射光谱仪，测定各元素在最佳分析谱线下的发射光强度，绘制标准曲线；

(4)检测试样：将步骤(1)所得的试样溶液通过进样系统引入电感耦合等离子体发射光谱仪，测定Al、Cu、Mn、P和Si所对应的发射光强度，根据标准曲线确定Al、Cu、Mn、P和Si的含量；

其中，步骤(3)和步骤(4)所述电感耦合等离子体发射光谱仪的工作条件独立地为：RF功率1150w，泵速50r/min，辅助气流量0.5L/min，雾化器流量0.65L/min，观测高度15cm，积分时间30s。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述消解器皿为聚四氟乙烯烧杯。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)在滴加氢氟酸之前将样品用水润湿。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述氢氟酸和王水的纯度为优级纯。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述水为符合GB/T6682中规定的一级水。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述样品质量为0.1000-0.5000g，王水体积为7-10ml，定容于100ml塑料容量瓶中。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)选定的所述各元素的最佳分析谱线为：Al308.215nm、Cu372.369nm、Mn257.610nm、P178.284nm和Si288.158nm。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述配制标准溶液所选定的各元素的浓度梯度为：Al0％、1.00％、5.00％、10.00％、20.00％，Cu0％、0.01％、0.05％、0.10％、0.50％，Mn0％、0.50％、2.00％、4.00％、8.00％，Si0％、1.00％、2.00％，5.00％、10.00％，P0％、0.01％、0.02％、0.05％、0.10％。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述电感耦合等离子体发射光谱仪为美国赛默飞世尔的ICAP6300型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述电感耦合等离子体发射光谱仪的进样系统为耐氢氟酸进样系统。