JPH05203575A - 鋼中のバナジウムの定量分析方法 - Google Patents

鋼中のバナジウムの定量分析方法

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JPH05203575A
JPH05203575A JP4010573A JP1057392A JPH05203575A JP H05203575 A JPH05203575 A JP H05203575A JP 4010573 A JP4010573 A JP 4010573A JP 1057392 A JP1057392 A JP 1057392A JP H05203575 A JPH05203575 A JP H05203575A
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steel
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aqua regia
strontium
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JP4010573A
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Fujiko Suzuki
富士子 鈴木
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ni−Cr−Mo−Vからなる鋼の配合組成
と特性の関係を定量的に把握するため、上記鋼中のバナ
ジウムを高感度に定量するICP法を提供することを目
的とする。 【構成】 切粉状の鋼を脱脂,乾燥し、王水を加えて加
熱分解した後、冷却し、この分解液を濾過して得られた
濾液に標準物質としてストロンチウムを加えてからイオ
ン交換水で一定量とし、これを試料溶液として高周波誘
導結合型プラズマ発光法を用いてバナジウムの発光強度
を測定し、内部標準法によってバナジウムを定量するよ
うにしたバナジウムの定量分析方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高周波誘導結合型プラズ
マ発光法(以下、ICP法という)による鋼中、特にN
i−Cr−Mo−V鋼中のバナジウムの定量分析方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】高速回転発電機とは、ガスを燃焼させて
ガスタービンで発電機を回して電気を発生し、この際生
ずる熱でお湯を沸かし、元のエネルギー量に対し、90
%の効率を上げようとするものである。
【0003】通常の回転発電機の回転速度が600rp
mのところを、高速回転発電機の場合には30000r
pmという高速で回転させるため、遠心力もかなりかか
り、従来の材料では強度的にみて使用が無理である。更
に回転速度や遠心力の関係から安全性を考え、小型化が
検討されている。
【0004】又、回転速度が速くなるので温度も上昇
し、従来の回転発電機の最高温度が通常180℃程度で
あるのに対して、高速回転発電機の場合には350℃位
まで上がることがあり、このため高温での強度が高いこ
とが要求される。
【0005】他方でロータバー材に使用されるNi−C
r−Mo−V鋼は、火力発電のガスタービン用としての
実績があり、高温での強度が高いという特徴を有してい
るが、この特殊鋼は、外部メーカー等による特注品であ
り、且つJIS規格外であるため、Ni−Cr−Mo−
V鋼の組成と特性の関係を明確にかつ定量的に把握し
て、的確な受入検査と品質管理及び工程管理を向上させ
る必要があり、そのため微量バナジウムの分析方法の確
立が不可欠である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点に着目して創案されたものであって、Ni−Cr−
Mo−V鋼中のバナジウムを高感度に定量するICP法
を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、切粉状の試料鋼を脱脂,乾燥し、王水を
加えて加熱分解した後、冷却し、この分解液を濾過して
得られた濾液に標準物質としてストロンチウムを加えて
からイオン交換水で一定量とし、これを試料溶液として
高周波誘導結合型プラズマ発光法を用いてバナジウムの
発光強度を測定し、内部標準法によってバナジウムを定
量することを特徴とするバナジウムの定量分析方法をそ
の解決手段としている。又、上記試料鋼がNi−Cr−
Mo−V系であることが特徴となっている。
【0008】
【作用】かかる定量分析方法によれば、切粉状の鋼を王
水によって加熱分解した際に試料溶液中に他の共存物質
の残査が少なく、バナジウムをほぼ完全に分解すること
ができる。
【0009】そして試料溶液をICP法を用いてバナジ
ウムの発光強度を測定し、内部標準法で定量した際に、
分解試薬である王水が負の影響を示すが、検量線作成用
溶液と試料溶液中の試薬濃度を同一にして、分解試薬の
存在による影響を抑えることができる。
【0010】更に合成溶液を測定した時の変動係数、回
収率がともに実用上充分に満足できる分析精度が得ら
れ、その結果鋼中のバナジウムが高感度に定量され、こ
れにより主としてNi−Cr−Mo−V鋼中の微量のバ
ナジウムの分析方法が確立されて、鋼の組成と特性の関
係を明確にすることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明にかかるNi−Cr−Mo−V
鋼中のバナジウムの分析方法の具体的な実施例を説明す
る。
【0012】先ず図1のフローチャートに基づいて、本
実施例の基本的な操作手順を説明する。
【0013】先ずステップ101で試料となる切粉状のN
i−Cr−Mo−V鋼1.0gをクロロホルムで脱脂
し、良く乾燥した後、ステップ102でコニカルビーカー
内で40mlの王水を加え、ステップ103で所定温度で
試料を加熱分解する。分析をより高精度に行うため、使
用する試薬はホールピペット、マイクロピペットなどで
計るのが好ましい。
【0014】次にこの分解液を冷却した後、ステップ10
4でNO.5Cの濾紙を用いて濾過し、濾液をステップ1
05で200mlのメスフラスコに受ける。次にステップ
106で得られた濾液に標準物質としてストロンチウム
2.0gを加え、イオン交換水で200mlの一定量と
する。これをステップ107でICP法による鋼中のバナ
ジウムの定量分析方法における試料溶液とする。
【0015】以下、本発明に係るICP法によるNi−
Cr−Mo−V鋼中のバナジウムの定量分析方法の詳細
を実施例に基づいて説明する。
【0016】〔1〕 分析方法の操作手順 〔1−1 試料の組成〕試料であるNi−Cr−Mo−
V鋼の組成を表1に示す。
【0017】
【表1】
【0018】〔1−2 試料の分解および試料溶液調製
方法〕切粉状にしたNi−Cr−Mo−V鋼をクロロホ
ルムで脱脂、乾燥して試料とし、この試料を王水分解法
及び王水−過塩素酸分解法で分解し、それぞれ分解後の
残査を調べた。尚、一部はブランク試験に供した。
【0019】(1)王水分解方法 コニカルビーカーに試料1.0gを採取し、王水40m
lを加え、バーナーを用いて加熱分解する。放冷後、N
o5Cの濾紙で濾過する。
【0020】(2)王水−過塩素酸分解法 コニカルビーカーに試料1.0gを採取し、王水40m
l,過塩素酸20mlを加え、乾固寸前まで加熱し、こ
れを硝酸で溶解した後、NO.5Cの濾紙で濾過する。
【0021】(3)ブランク 試料0.5gをNO.5Cの濾紙で濾過した。
【0022】〔2〕 分析装置、測定条件および試薬 〔2−1 分析装置〕ICP発光分光装置は島津製IC
PS−1000−2型を用いた。
【0023】〔2−2 測定条件〕測定条件を表2に示
す。
【0024】
【表2】
【0025】〔2−3 試薬〕実験に使用した試薬のリ
ストを表3に示す。
【0026】
【表3】
【0027】〔2−4 測定方法〕ピークサーチ内部標
準法とした。
【0028】〔3〕 分解試験の結果 図2,図3は王水分解法に供した試料の残査を示す蛍光
X線グラフである。王水分解法によれば、主成分である
鉄とクロムがわずかに残っていることが観測された。
【0029】又、図4,図5は王水−過塩素酸分解法で
分解した後の残査を示す蛍光X線グラフであり、測定項
目であるニッケル,クロム,モリブデン,バナジウムは
検出されなかったが、シリコンSiが僅かに残った。図
6はブランク試験に供した試料の残査を示すグラフであ
る。
【0030】ここで試料中に過塩素酸が残っていると、
ICP法を適用した際の過塩素酸の粘性の影響を除くた
めの補正が複雑になる。そこで過塩素酸を除くため、分
解後に乾固させるが、この乾固によってクロムが揮散す
る惧れがある。
【0031】〔4〕 王水−過塩素酸分解法の検証 上記(2)王水−過塩素酸分解法によってクロムがどの
程度揮散したかを調べた。
【0032】〔4−1 方法〕コニカルビーカーにクロ
ム(原子吸光測定用標準溶液1000ppm)20mg
を採取し、王水40ml及び過塩素酸20mlを加えて
加熱する。白煙を発生して乾固寸前で加熱を停止する。
冷却後に硝酸(1+1)20mlで溶解し、200ml
の一定量とした後、ICP法でクロムを測定する。
【0033】〔4−2 結果〕上記操作を行った後にク
ロムを測定した結果を表4に示す。
【0034】
【表4】
【0035】表4はクロムの揮散試験を3回行った結果
であり、予想した通りに分解の過程でクロムがかなり揮
散していることが判明した。この結果から、王水−過塩
素酸分解法ではニッケル,クロム,モリブデン,バナジ
ウムの同時分析は難しいことがわかった。
【0036】以上の結果から、試料の分解は王水分解法
を採用し、残査については融剤で融解することにした。
即ち、コニカルビーカーに試料1.0gを採取し、王水
40mlを加えて加熱分解し、放冷後に水を約50ml
加えてNo5Cの濾紙で濾過し、この濾液に標準物質と
してストロンチウム2gを加え、イオン交換水を加えて
200mlの一定量とし、これをICP法によるバナジ
ウムの定量分析方法における試料溶液とする。
【0037】〔5〕 実験および結果 〔5−1 分析線の選定〕バナジウムの分析に最も適し
た波長を選定するため、Ni−Cr−Mo−V鋼を構成
する各元素の単独溶液及び内部標準物質としてのストロ
ンチウムを用いて分析線の選定を定性的に行った。その
結果を図7〜図12に示す。
【0038】尚、試料溶液中の各元素の濃度はNiが3
60ppm、Crが200ppm、Moが40ppm、
Vが10ppm、Feが10000ppm、Srが10
ppm、Cuが30ppm、Pが5ppm、Mnが30
ppm、Siが10ppmである。そしてバナジウムの
発光強度の高い3本の波長を選び、分析線の選定を行っ
た。
【0039】図7,図8は波長311.071nmの発
光スペクトル、図9,図10は波長292.403nm
の発光スペクトル、図11,図12は波長290.88
2nmの発光スペクトルである。波長311.071n
mの場合には、Ni,Mo及びFeの小さなピークが近
接しているが、バックグラウンド(BG)補正を行えば
影響はないものと考えられる。波長292.403nm
の場合には、Vの波長にFeのピークが重複しており、
CrやMoのピークも近接していることが観察される。
又、波長290.882nmの場合にも前記と同様なF
eのピーク重複とCrとMoのピーク近接が観察される
ため、これら元素の妨害が予想される。従って分析線と
して、バナジウムの波長の感度の高い311.071n
mを採用した。
【0040】〔5−2 感度(HV)の選定〕感度(H
V)とはホトマルに印加する高電圧のことで、濃度によ
り最適なHVが存在する。このためバナジウム濃度20
ppm溶液を用いて最適なHVの選定を行った。その結
果を図13〜図15に示す。HVは飽和しない限り高い
方が好ましいので、ここでは図14に示した結果からH
Vとして40を採用した。
【0041】〔5−3 内部標準物質とその波長の選
定〕内部標準物質としてストロンチウムを採用し、この
ストロンチウムの分析線を選定するため、ストロンチウ
ムの代表的な波長3本(407.771nm、421.
552nm、216.596nm) のプロファイルを測
定して定性的に行った。その結果を図16〜図21に示
す。波長407.771nm及び波長421.552n
mの場合にはストロンチウムの発光線のみで共存物質は
全てベースライン上にあり、ストロンチウムに対する妨
害は観察されなかった。波長216.596nmでは、
共存物質の主成分であるFeの発光線がストロンチウム
の発光線に重複しており、ニッケルの発光線も接近して
いる。従ってこれらの物質による妨害が予想されるた
め、分析線として不適当である。
【0042】以上の結果から、内部標準物質であるスト
ロンチウムの分析線として波長407.771nmと4
21.552nmとが使用可能であるが、ここでは分析
線としての発光強度の高い波長421.552nmを採
用した。
【0043】〔5−4 検量線の精度〕前記試料溶液中
のバナジウムの濃度は約15ppmである。このためバ
ナジウム濃度0〜20ppmの範囲で検量線の精度を確
かめた。その結果を図22に示す。この図から、検量線
はほぼ原点を通り、相関係数は0.99997305、
標準偏差は0.04740881ppmと非常に良い精
度を示していることがわかる。
【0044】〔5−5 試薬の影響〕バナジウム濃度1
5ppm溶液に分解試薬である塩酸と硝酸を段階的に加
えてその影響を定量的に調べた。その結果を図23,図
24に示す。影響の有無の判定は、回収率(測定値×1
00/添加量)の±2%として図中に許容範囲として破
線で表示した。
【0045】塩酸及び硝酸ともに負の影響を示した。こ
のことは王水の存在により、試料溶液の粘度が上昇し、
試料吸い込み量が低下して見掛けの発光強度が低くなっ
たためである。
【0046】従って検量線作成用溶液と試料溶液中の試
薬濃度を同一にして、王水の存在による影響を抑えるこ
とにした。
【0047】〔5−6 共存元素の影響〕バナジウム濃
度15ppm溶液に鉄,クロム,ニッケル,モリブデ
ン,マンガン,銅、リン、ケイ素及び内部標準物質のス
トロンチウムを各々段階的に加えてそれらの共存元素の
影響を定量的に調べた。
【0048】その結果を図25〜図33に示す。これら
の影響の有無の判定はバナジウムの回収率の±2%以内
とし、図中に許容範囲として破線で表示した。その結
果、どの元素も破線で示した許容範囲内で影響のないこ
とが判明した。
【0049】〔5−7 内部標準物質ストロンチウムに
対する分解試薬の影響〕ストロンチウム濃度10ppm
溶液に分解試薬である塩酸と硝酸を各々段階的に加えて
その影響を定量的に調べた。その結果を図34,図35
に示す。
【0050】この結果、塩酸、硝酸ともに負の影響を示
すことが判明した。即ち、塩酸及び硝酸の添加量が増す
とストロンチウムの回収率は低下した。これは前記した
ように塩酸及び硝酸の存在によって試料溶液の粘度が上
昇したためと考えられる。
【0051】従って検量線作成用溶液と試料溶液中の試
薬濃度を同一にして、上記負の影響を抑えることにし
た。
【0052】〔5−8 内部標準物質ストロンチウムに
対する共存元素の影響〕ストロンチウム濃度10ppm
溶液に鉄,クロム,モリブデン,バナジウム,マンガ
ン,銅、リン、ケイ素及びニッケルを各々段階的に加え
てそれぞれの元素のストロンチウムに対する影響を定量
的に調べた。その結果を図36〜図44に示す。
【0053】クロム,モリブデン,バナジウム,マンガ
ン,銅、リン、ケイ素及びニッケルは破線で示した許容
範囲にあり、ストロンチウムに対する影響はなかった。
【0054】しかし主成分である鉄は、図36に示した
ように負の影響を示すことが判明した。これは前記した
理由と同様に、鉄の存在により試料溶液の粘性が上昇し
て試料の吸込量が低下し、見掛け上の発光強度が低くな
ったためと考えられる。従って検量線作成用溶液と試料
溶液中の鉄濃度を同一にして、鉄による負の影響を抑え
ることにした。
【0055】〔5−9 合成溶液による分析精度の検
証〕上記検討した条件での分析精度を検証するため、合
成溶液を5個調整して実施した。表5に合成溶液の組成
を、表6に測定結果をそれぞれ示す。
【0056】
【表5】
【0057】
【表6】
【0058】表6から、バナジウムの測定値平均は5.
067ppm,回収率は101.3%、変動係数(C
V)は0.38%と実用上十分満足出来る精度が得られ
た。
【0059】検量線作成用溶液は以下に示したように調
整した。
【0060】即ち、100mlのメスフラスコに王水2
0ml、ストロンチウム1.0mg及び塩化第二鉄2.
4gを加え、バナジウム0〜2.0mgを段階的に加え
てイオン交換水で100mlの一定量とした。尚、ニッ
ケル,クロム及びモリブデンを各々段階的に加えた混合
検量線作成標準液を用いることもできる。
【0061】〔6〕 考察 以上の結果から、本実施例に係るICP法によるNi−
Cr−Mo−V鋼中のバナジウムの分析方法を検討する
ことにより、次の知見が得られた。
【0062】(6−1) 試料の分解方法 切粉にした試料鋼に王水を加えて加熱することにより、
バナジウムを容易に分解することが可能となった。
【0063】(6−2) 分析線 発光強度及び感度の高い分析線311.071nmの共
存元素の妨害を調べた結果、妨害ピークは見られなかっ
た。
【0064】(6−3) 分解試薬の影響と抑制 分解試薬である王水は負の干渉を示した。これは王水の
共存により試料溶液中の粘度が上昇して試料の吸込量が
低下したことによるものと考えられるので、この影響を
抑えるため試料溶液と検量線作成用溶液中の試薬濃度を
同一にし、更にストロンチウム内部標準法を用いて測定
することにより、上記の影響を抑えることが可能となっ
た。
【0065】(6−4) 分析精度 合成溶液を5個測定した時の回収率は101.3%、変
動係数は0.38%といずれも実用上十分満足できる精
度であった。
【0066】
【発明の効果】本発明に係るICP法によるNi−Cr
−Mo−V鋼中のバナジウムの分析方法によれば、切粉
状の試料鋼を王水によって加熱分解することにより、試
料溶液中に他の共存物質の残査が少なく、バナジウムを
ほぼ完全に分解することができる。
【0067】そして試料溶液をICP法を用いてバナジ
ウムの発光強度を測定し、内部標準法で定量した際に、
分解試薬である王水は負の影響を示すが、検量線作成用
溶液と試料溶液中の試薬濃度を同一にして、王水の存在
による影響を抑えることが可能となった。又、試料溶液
をICP法によって測定した時の変動係数、回収率がと
もに実用上充分に満足できる分析精度が得られ、その結
果Ni−Cr−Mo−V鋼中の微量のバナジウムの分析
方法が確立されて、鋼の組成と特性の関係を明確にする
とともに、品質管理及び工程管理を向上させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる鋼中のバナジウムの定量分析方
法の基本的な操作手順を示すフローチャート。
【図2】王水分解法に供した試料の残査を示す蛍光X線
グラフ。
【図3】王水分解法に供した試料の残査を示す蛍光X線
グラフ。
【図4】王水−過塩素酸分解法に供した試料の残査を示
す蛍光X線グラフ。
【図5】王水−過塩素酸分解法に供した試料の残査を示
す蛍光X線グラフ。
【図6】ブランク試験に供した試料の残査を示す蛍光X
線グラフ。
【図7】波長311.071nmにおける各種元素の発
光スペクトルを示すグラフ。
【図8】波長311.071nmにおける各種元素の発
光スペクトルを示すグラフ。
【図9】波長292.403nmにおける各種元素の発
光スペクトルを示すグラフ。
【図10】波長292.403nmにおける各種元素の
発光スペクトルを示すグラフ。
【図11】波長290.882nmにおける各種元素の
発光スペクトルを示すグラフ。
【図12】波長290.882nmにおける各種元素の
発光スペクトルを示すグラフ。
【図13】波長311.071nm,バナジウム濃度1
0ppm溶液を用いてHVの選定(HV30の場合)を
行った発光スペクトルを示すグラフ。
【図14】波長311.071nm,バナジウム濃度1
0ppm溶液を用いてHVの選定(HV40の場合)を
行った発光スペクトルを示すグラフ。
【図15】波長311.071nm,バナジウム濃度1
0ppm溶液を用いてHVの選定(HV50の場合)を
行った発光スペクトルを示すグラフ。
【図16】王水分解後の試料中の各元素と内部標準物質
としてのストロンチウムの波長407.771nmにお
ける共存物質の発光スペクトルを示すグラフ。
【図17】王水分解後の試料中の各元素と内部標準物質
としてのストロンチウムの波長407.771nmにお
ける共存物質の発光スペクトルを示すグラフ。
【図18】王水分解後の試料中の各元素と内部標準物質
としてのストロンチウムの波長421.552nmにお
ける共存物質の発光スペクトルを示すグラフ。
【図19】王水分解後の試料中の各元素と内部標準物質
としてのストロンチウムの波長421.552nmにお
ける共存物質の発光スペクトルを示すグラフ。
【図20】王水分解後の試料中の各元素と内部標準物質
としてのストロンチウムの波長216.596nmにお
ける共存物質の発光スペクトルを示すグラフ。
【図21】王水分解後の試料中の各元素と内部標準物質
としてのストロンチウムの波長216.596nmにお
ける共存物質の発光スペクトルを示すグラフ。
【図22】バナジウムの検量線を示すグラフ。
【図23】バナジウムの回収率に対する分解試薬として
の塩酸の影響を示すグラフ。
【図24】バナジウムの回収率に対する分解試薬として
の硝酸の影響を示すグラフ。
【図25】Feの影響によるバナジウムの回収率の許容
範囲を定量的に示すグラフ。
【図26】Crの影響によるバナジウムの回収率の許容
範囲を定量的に示すグラフ。
【図27】Niの影響によるバナジウムの回収率の許容
範囲を定量的に示すグラフ。
【図28】Moの影響によるバナジウムの回収率の許容
範囲を定量的に示すグラフ。
【図29】Mnの影響によるバナジウムの回収率の許容
範囲を定量的に示すグラフ。
【図30】Cuの影響によるバナジウムの回収率の許容
範囲を定量的に示すグラフ。
【図31】Pの影響によるバナジウムの回収率の許容範
囲を定量的に示すグラフ。
【図32】Siの影響によるバナジウムの回収率の許容
範囲を定量的に示すグラフ。
【図33】Srの影響によるバナジウムの回収率の許容
範囲を定量的に示すグラフ。
【図34】Srの回収率に対する試薬(塩酸)の影響を
示すグラフ。
【図35】Srの回収率に対する試薬(硝酸)の影響を
示すグラフ。
【図36】Feの影響によるSrの回収率の許容範囲を
定量的に示すグラフ。
【図37】Crの影響によるSrの回収率の許容範囲を
定量的に示すグラフ。
【図38】Moの影響によるSrの回収率の許容範囲を
定量的に示すグラフ。
【図39】Vの影響によるSrの回収率の許容範囲を定
量的に示すグラフ。
【図40】Mnの影響によるSrの回収率の許容範囲を
定量的に示すグラフ。
【図41】Cuの影響によるSrの回収率の許容範囲を
定量的に示すグラフ。
【図42】Pの影響によるSrの回収率の許容範囲を定
量的に示すグラフ。
【図43】Siの影響によるSrの回収率の許容範囲を
定量的に示すグラフ。
【図44】Niの影響によるSrの回収率の許容範囲を
定量的に示すグラフ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 切粉状の鋼を脱脂,乾燥し、王水を加え
    て加熱分解した後、冷却し、この分解液を濾過して得ら
    れた濾液に標準物質としてストロンチウムを加えてから
    イオン交換水で一定量とし、これを試料溶液として高周
    波誘導結合型プラズマ発光法を用いてバナジウムの発光
    強度を測定し、内部標準法によってバナジウムを定量す
    ることを特徴とする鋼中のバナジウムの定量分析方法。
  2. 【請求項2】 試料鋼がNi−Cr−Mo−V系である
    請求項1記載の鋼中のバナジウムの定量分析方法。
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