JP2000046739A - 誘導結合プラズマ発光分光分析法による鋼中のアルミニウムの定量分析方法 - Google Patents

誘導結合プラズマ発光分光分析法による鋼中のアルミニウムの定量分析方法

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JP2000046739A
JP2000046739A JP10229474A JP22947498A JP2000046739A JP 2000046739 A JP2000046739 A JP 2000046739A JP 10229474 A JP10229474 A JP 10229474A JP 22947498 A JP22947498 A JP 22947498A JP 2000046739 A JP2000046739 A JP 2000046739A
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Yutaka Sukenobu
豊 助信
Kazuya Yoshioka
一哉 吉岡
Tomoyuki Ichioka
友之 市岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 分析操作が比較的簡便で分析精度にも優れ
た誘導結合プラズマ発光分光分析法において、より高精
度の鋼中のアルミニウムの定量分析法を提供する。 【解決手段】鋼材試料を溶解した試料液に4−メチル−
2−ペンタノンを加えて鉄を抽出し、鉄を除去した試料
液を分離採取した後、さらに当該試料液に過塩素酸を添
加後に加熱して4−メチル−2−ペンタノンを除去した
後、アルミニウム分析線として波長167.1nmのス
ペクトル線を用いて酸可溶性アルミニウムを定量分析す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導結合プラズマ
発光分光分析法(以下、ICP発光分光分析法と記す)
による鋼中の酸可溶性アルミニウム(以下、sol.A
lと記す)及び酸不溶性アルミニウム(以下、inso
l.Alと記す)の定量分析方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、鋼材中のアルミニウム(以下、
Alと記す)は、地鉄中に固溶している原子状Al、窒
化物系Al及び硫化物系Alと、脱酸反応によって生成
して鋼材中に残留するアルミナ系介在物の形で存在する
と言われており、鉄鋼分析では,前者をsol.Al、
後者をinsol.Alとして分析される場合が多い。
これらのAlの定量分析方法として、JIS G122
4「鉄及び鋼中のAl定量方法」にはAl含有率0.1
重量%未満の試料に対して吸光光度法を適用することが
規定されており、JIS G1257「鉄及び鋼の原子
吸光分析方法」にはAl含有率0.001以上0.01
0重量%未満の試料に対して鉄分離法によりAlを定量
する方法が規定されている。また、分析操作が比較的簡
便で分析精度にも優れた分析方法として、 JISG1
258「鋼の誘導結合プラズマ発光分光分析方法」に規
定されているICP発光分光分析法が広く用いられてい
る。この方法は,分析試料に塩酸や硝酸を加えて溶解し
た鋼材の試料液を、ICP発光分光分析装置のアルゴン
プラズマ中に噴霧し、分析成分の発光強度を光電測光法
により測定するものであり、試料液を霧滴にして高周波
誘導コイル内に導く装置、発光を回折格子で分光し光電
子倍増管で検知する分光器、検知された発光強度を検量
線と対比して鋼中含有量に演算する装置等から構成され
ている。
【0003】一方、分析精度を高める方法として、鋼材
を溶解した試料液に4−メチル−2−ペンタノン(以
下、MIBKと記す)を加えて撹拌し、試料液中に溶解
している主成分である鉄(以下、Feと記す)をMIB
Kに吸収させ、Feを抽出したMIBKと試料液の比重
差を利用して両液相を静置・分離した後、Feを除去し
た試料液のみを取り出して、ICP発光分光分析装置に
て定量分析する方法が知られている。このように試料液
よりFeを除去することで分析精度が向上する原因とし
ては、試料液の粘性低下によりICP発光分光分析装置
へ試料液の供給がスムーズに行えること、分析成分測定
時のスペクトルのバックグラウンドが減少すること(バ
ックグラウンドが小さいほどノイズは小さくなり精度は
向上する)、FeのスペクトルがAlのスペクトルに重
乗することによる誤差の発生を抑制することなどが考え
られる。
【0004】なお、ICP発光分光分析法にてAlを定
量する場合に使用される分析線としては、波長が39
6.2nmあるいは 308.2nmのスペクトルが用
いられており、これらの波長におけるスペクトル強度を
測定してAlの定量が行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】鋼中のAlの定量分析
に関して、JIS G1258には、Alの定量範囲は
0.004〜0.10重量%と記載されており、下限は
0.004重量%程度である。また、微量のAlをIC
P発光分光分析で定量する場合、溶解する鋼材の量を増
して試料液中のAl濃度を高めることで分析精度を向上
させることが考えられるが、試料液の粘度が増して高周
波誘導コイルに導入される試料量が減少して感度が低下
する等の問題がある。近年、鋼の高純度化が指向される
状況においては、必ずしも十分な分析精度を有している
とは言い難く、分析操作が比較的簡便で分析精度にも優
れたICP発光分光分析法において、より高精度の鋼中
のAlの定量分析を確立することが望まれていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来より広く
用いられているICP発光分光分析により鋼中のAlの
定量する分析方法に関して、分析精度をより向上させた
Al定量分析法を提供するために、ICP発光分光分析
により鋼中のsol.Alを定量分析する場合には、鋼
試料を溶解した試料液からMIBKを用いてFeを抽出
し、Feを除去した試料液を分離採取した後、さらに当
該試料液に強酸化性酸を添加後に加熱してMIBKを分
解して、試料液中に残存するMIBKを除去した後、A
lの分析線として波長167.1nmのスペクトル線を
用いることを特徴としている。また、MIBKの除去の
際に用いる強酸化性酸としては過塩素酸を用いることが
好ましい。
【0007】また、ICP発光分光分析により鋼中のi
nsol.Alを定量分析する場合には、鋼試料を溶解
してろ過分離した不溶解残さを再度溶液とした後、Al
の分析線として波長167.1nmのスペクトル線を用
いることを特徴としている。なお、分析精度をより向上
させるために溶解する鋼試料の量を増して試料液中のA
l濃度を高めることも有効である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明者らは、MIBKを用いて
試料液中のFeを除去した(以下、MIBK除Fe処理
と記す)試料液を用いて、通常のICP発光分光分析条
件でAlを定量分析し、分析精度に及ぼす諸因子につい
て詳細に検討した結果、MIBK除Fe処理した試料液
中に残存するMIBKが分析精度を低下させる主因子で
あることを知見した。図1に示す波長396.2nmの
Al発光強度とMIBK濃度の関係からは、MIBKの
濃度が増加してもバックグラウンド(B.G)は1.0
前後と大きいことが分かり、図2に示す波長167.1
nmのAl発光強度とMIBK濃度の関係からは、MI
BK濃度が高くなるほど、発光スペクトルのバックグラ
ウンド(B.G)は増加して、Alの分析精度が低下す
ることが分かる。
【0009】また、図3の波長396.2nm前後の発
光強度(Al濃度は4mg/l)を見ると、MIBKの
共存・非共存にかかわらずバックグラウンドが高く
(1.0前後)なっているが、図4の波長167.1n
m前後の発光強度(Al濃度は4mg/l)を見ると、
MIBK非共存の場合にはバックグラウンドの影響がな
くなる(ほぼ0.0)ことがわかった。
【0010】上記知見からすると、IPC発光分光分析
によるAl分析精度を向上させるためには、MIBK除
Fe処理後の試料液中に残存するMIBKの量を極力減
少させることが重要であることが分かる。試料液中に残
存するMIBKを除去する方法として、試料液を加熱し
てMIBKを蒸発除去させる方法が考えられるが、試料
液中のMIBKはエマルジョンとなって存在するため、
単に加熱するのみでは蒸発除去され難い。これを解決す
るために、エマルジョン状態のMIBKを酸化して分解
除去する方法について検討した結果、酸化性の強い酸、
中でも過塩素酸がMIBKの分解除去に有効であること
が分かった。
【0011】MIBK除Fe処理ままの試料液と、MIB
K除Fe処理後の試料液に過塩素酸を添加後に加熱してM
IBK除去処理を施した試料液について、それぞれのA
l添加量とICP発光分光分析により求めたAl定量分
析値の関係を図5に示す。MIBK除Fe処理ままの場
合、Al添加量とAl定量分析値の間にはバラツキが生
じているが、過塩素酸を用いてMIBKを除去した場合
には、Al添加量とAl定量分析値の間に極めて良い相
関関係が得られる。
【0012】なお、従来よりICP発光分光分析におい
てAlの分析に用いられているAl分析線の波長として
は396.2nmが一般的である。しかしながら、Al
の発光スペクトルの中で比較的発光強度の高いものとし
て知られている396.2nm、308.2nm、16
7.1nmの各波長のスペクトルに関するAlの測定感
度を検討した結果、図6から明らかなように波長16
7.1nmのスペクトルを用いると、他の396.2n
mと308.2nmのスペクトルを用いた場合に比較し
て、Al濃度がゼロにおける発光強度、すなわちバック
グラウンドの強度が小さくなることが分かる。また、図
6の関係から求められるB.E.C.(バックグラウン
ド強度に相当するAl濃度)を表1に示すが、波長16
7.1nmのスペクトルを用いるとB.E.C.が最も
小さく感度が優れていることが分かる。
【0013】
【表1】
【0014】
【実施例】表2に示す鋼材試料A〜Dについて、各々の
鋼材試料より採取した4.0gに混酸(塩酸:1,硝
酸:1,水:2)75mlを加えて加熱分解後、放冷
し、ろ過して残さと溶液に分離した。
【0015】
【表2】
【0016】残さは、ろ紙とともに乾燥・灰化後、融剤
(硫酸水素カリウムなど)1gを加えて融解し、融生物
を水に溶解し100mlのメスフラスコを用いて正確に
水で希釈した試料液をICP発光分光分析装置(ICP
S−2000型、島津製)で分析してinsol.Al
を求めた。また、ろ過後の溶液に過塩素酸30mlを加
え、加熱して硝酸を蒸発除去した後、乾固寸前まで加熱
を続けた後、放冷し、塩酸を加えて再度溶解し、100
mlメスフラスコに移し入れて塩酸濃度8molになる
ように正確に希釈した溶液から25mlを正確に分取
し、100ml分液ロートに移し入れ、MIBK40m
lを加え撹拌した後、静置し、下相のFeを分離した試
料液を100mlビーカーに移し入れ、過塩素酸5ml
を加え、乾固直前まで加熱後、放冷し、塩酸(1+3)
5mlを加え25mlメスフラスコを用いて正確に希釈
後、ICP発光分光分析装置(ICPS−2000型、
島津製)で分析してsol.Alを求めた。
【0017】表2に示す分析結果において、比較例は、
MIBK除Fe処理後の試料液をICP発光分析装置に
導入し、波長396.2nmのAl分析線を測定して求
めた従来法の結果であり、本発明例は、MIBK除Fe
処理後に過塩素酸を添加し、残留するMIBKを酸化・
分解除去した試料液をICP発光分析装置に導入し、波
長167.1nmのAl分析線を測定した求めた結果で
ある。Al定量値の分析精度は、比較例では標準偏差
(σ)0.0001〜0.0004重量%であるのに対
し、本発明では標準偏差(σ)0.0001〜0.00
02重量%であり、定量分析精度が向上していることが
わかる。
【0018】
【発明の効果】以上のように、本発明のICP発光分光
分析によるAlの定量分析方法では、MIBK除Fe処
理後に過塩素酸を添加し、残留するMIBKを酸化・分
解除去した試料液をICP発光分析装置に導入し、波長
167.1nmのAl分析線を用いるので、鋼材試料中
のAl含有量が従来のICP発光分光分析における適用
下限の0.004重量%以下であっても標準偏差(σ)
が0.0001〜0.0002重量%の優れた分析精度
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 Al分析波長396.2nmにおけるAl発
光強度とMIBK濃度との関係を示す図である。
【図2】 Al分析波長167.1nmにおけるAl発
光強度とMIBK濃度との関係を示す図である。
【図3】 Al分析波長396.2nm近傍におけるM
IBKの2%共存と非共存溶液のスペクトルプロファイ
ルを示す図である。
【図4】 Al分析波長167.1nm近傍におけるM
IBKの2%共存と非共存溶液のスペクトルプロファイ
ルを示す図である。
【図5】 Al分析波長167.1nmにおける過塩素
酸処理と過塩素酸非処理の場合のAl添加量とAl測定
値の関係を示す図である。
【図6】 Al分析波長が167.1nm、396.2
nm、308.2nmにおけるAl濃度と発光強度の関
係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G043 AA01 BA03 CA03 DA02 EA08 GA07 GB21 KA05 MA01 2G055 AA22 BA01 CA02 EA02 FA02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘導結合プラズマ発光分光分析により鋼
    中のアルミニウムを定量分析する方法において、鋼試料
    を溶解した試料液から4−メチル−2−ペンタノンを用
    いて鉄を抽出し、鉄を除去した試料液を分離採取した
    後、さらに当該試料液に強酸化性酸を添加後に加熱して
    4−メチル−2−ペンタノンを分解して、試料液中に残
    存する4−メチル−2−ペンタノンを除去した後、アル
    ミニウムの分析線として波長167.1nmのスペクト
    ル線を用いて酸可溶性アルミニウムを定量分析すること
    を特徴とする誘導結合プラズマ発光分光分析法による鋼
    中のアルミニウムの定量分析方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の4−メチル−2−ペンタ
    ノンの除去の際に用いる強酸化性酸が過塩素酸であるこ
    とを特徴とする誘導結合プラズマ発光分光分析法による
    鋼中のアルミニウムの定量分析方法。
  3. 【請求項3】 誘導結合プラズマ発光分光分析により鋼
    中のアルミニウムを定量分析する方法において、鋼試料
    を溶解してろ過分離した不溶解残さを再度溶液とした
    後、アルミニウムの分析線として波長167.1nmの
    スペクトル線を用いて酸不溶性アルミニウムを定量分析
    することを特徴とする誘導結合プラズマ発光分光分析法
    による鋼中のアルミニウムの定量分析方法。
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