微波消解-ICP-AES法測(cè)定碳化鉻中Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti
（鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司， 北京 100094）
摘要： 采用微波消解法進(jìn)行溶樣, 以ICP-AES法測(cè)定碳化鉻中的Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti含量。選擇了合適的分析線(xiàn)，Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti的檢出限為0.0003mg /L～0.01mg /L , 回收率為85%～115%。該方法適用于碳化鉻中Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti含量的快速分析。
關(guān)鍵詞：微波消解；ICP-AES; 碳化鉻；Al；Ca；Co
碳化鉻具有很多優(yōu)異的性能，尤其是作為硬質(zhì)合金的晶粒長(zhǎng)大的抑制劑得到了廣泛的應(yīng)用。其作用機(jī)理為：合金燒結(jié)時(shí)，碳化鉻優(yōu)先溶解在Co 相中阻止WC向Co相溶解，從而有效地阻止WC的溶解析出過(guò)程；在冷卻階段，碳化鉻則固溶在Co相中，固溶強(qiáng)化了粘結(jié)相。此外，碳化鉻亦可作為噴涂粉使用，例如，碳化鉻- 25%NiCr 噴涂粉在高溫下具有較好的抗氧化性、抗腐蝕性和耐磨性、因而在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的研究。準(zhǔn)確、快速分析碳化鉻中各元素的含量具有重要的實(shí)際意義。
相對(duì)于傳統(tǒng)的濕式消解法和馬弗爐高溫灰化法, 微波消解作為一種較新的樣品處理技術(shù)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：1)加熱快、升溫高、消解能力強(qiáng), 大大縮短了溶樣時(shí)間；2)消耗酸溶劑少, 空白值低；3)避免了揮發(fā)損失和樣品玷污, 回收率高，提高了分析的準(zhǔn)確度和精密度，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在ICP-AES法的樣品前處理方法中[1-3]。相對(duì)于傳統(tǒng)化學(xué)分析方法, ICP-AES具有檢出限低、精密度好、動(dòng)態(tài)范圍寬、分析速度快、多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，在金屬材料分析中已經(jīng)廣泛應(yīng)用。碳化鉻中鉻、鐵、硅等元素的化學(xué)分析方法已有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4-6]，但是對(duì)于其中的痕量雜質(zhì)元素使用ICP-AES法測(cè)定報(bào)道很少。
結(jié)合前處理微波消解法，本文采用鋼研納克生產(chǎn)的單道掃描ICP光譜儀成功測(cè)定了碳化鉻中的Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti等元素。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 儀器及參數(shù)
Plasma1000單道掃描電感耦合等離子體光譜儀（鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司）：高純氬（純度≥99.999%）；光柵為3600條/mm；功率1.15 Kw；冷卻氣流量18.0 L/min；輔助氣流量0.8 L/min；載氣流量0.2 L/min；蠕動(dòng)泵泵速20 rpm；觀(guān)測(cè)高度距功率圈上方12 mm，同軸玻璃氣動(dòng)霧化器，進(jìn)口旋轉(zhuǎn)霧室，三層同軸石英炬管，中心管2.0 mm。
EXCEL 全功能型微波化學(xué)工作平臺(tái)(上海乞堯)。
1.2 試劑
硫酸ρ≈1.84 g/ml,優(yōu)級(jí)純，北京化工廠(chǎng)；硝酸，ρ≈1.42 g/ml,優(yōu)級(jí)純，北京化工廠(chǎng)；氫氟酸，ρ≈1.14g/ml,優(yōu)級(jí)純，北京化工廠(chǎng)；鹽酸，ρ≈1.18g/ml，優(yōu)級(jí)純，北京化工廠(chǎng)；高純鉻（99.99%），北京中金研新材料科技有限公司；Al、Ca、Co、Fe、Mo、V、Ti的標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度均為1000 μg/ml，Si的標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度均為500 μg/ml國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心；所用溶液用水均為二次去離子水。
1.3 樣品處理
稱(chēng)取試樣0.1 g (精確至0.0001g) 于聚四氟乙烯微波消解罐中, 加入2.5mLH2SO4、5.5mL HNO3、2mLHF, 按照設(shè)定的消解程序(如表1所示)進(jìn)行微波消解, 為避免反應(yīng)過(guò)于劇烈, 采用程序升溫的方法進(jìn)行消解。消解完畢后,轉(zhuǎn)移定容至100mL, 待測(cè)。隨同做試樣空白試驗(yàn)。
2 結(jié)果與討論
2.1 分析譜線(xiàn)的選擇
對(duì)于同一種元素， ICP-AES 法理論上可以有多條譜線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)，但在實(shí)際樣品測(cè)試過(guò)程中由于基體和其他元素的干擾，并不是所有的譜線(xiàn)都可以選用。因此，進(jìn)行光譜掃描后，應(yīng)該根據(jù)樣品中各待測(cè)元素的含量及譜線(xiàn)的干擾情況，選則靈敏度適宜、譜線(xiàn)周?chē)尘暗颓覠o(wú)其他元素明顯干擾的譜線(xiàn)作為元素的分析線(xiàn)，譜線(xiàn)選擇結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 各元素分析線(xiàn)
元素 Al Ca Co Fe Mo Si V Ti
譜線(xiàn)/nm 396.152 393.366 238.892 238.204 202.030 251.612 309.311 337.280
2.2 方法的檢出限
以空白溶液測(cè)定10次的標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍所對(duì)應(yīng)的濃度作為檢出限。Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti檢出限見(jiàn)下表。由表可見(jiàn), 各元素的檢出限可以滿(mǎn)足日常檢測(cè)要求。
表3 各元素檢出限
元素 Al Ca Co Fe Mo Si V Ti
檢出限/（mg /L） 0.01 0.0003 0.003 0.001 0.003 0.01 0.002 0.002
2.3加標(biāo)回收試驗(yàn)
按照選定的ICP工作條件和微波消解程序, 在樣品中分別加入Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti混標(biāo)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn), 回收試驗(yàn)結(jié)果列于表4。由表4可知, 待測(cè)元素Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti的加標(biāo)回收率在85 %~115 %之間, 表明本方法準(zhǔn)確可靠。
表4 方法的加標(biāo)回收
元素 本底值 加標(biāo)量 測(cè)定均值 回收率
/(mg /L) /(mg /L) /(mg /L) /%
Al 0.042 0.040 0.088 115
Ca 0.283 0.100 0.385 102
Co 0.089 0.100 0.195 106
Fe 0.333 0.100 0.426 93
Mo 0.042 0.040 0.078 90
Si <0.01 0.040 0.034 85
V 0.058 0.040 0.100 105
Ti 0.008 0.010 0.017 90
2.4 實(shí)際樣品的測(cè)定
對(duì)碳化鉻實(shí)際樣品按照本文方法進(jìn)行分析，分析結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 實(shí)際樣品分析結(jié)果
樣品 含量w/%
Al Ca Co Fe Mo Si V Ti
Cr3C2 0.004 0.028 0.009 0.033 0.004 <0.001 0.006 0.0008
3 結(jié)論
本方法利用微波消解前處理, ICP- AES法測(cè)定碳化鉻中的Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti含量, 具有樣品前處理簡(jiǎn)便、有效待測(cè)元素?fù)p失較少、分析精密度高及分析速度快等有點(diǎn)。此方法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確, 適用于碳化鉻中的Al、Ca、Co、Fe、Mo、Si、V、Ti的快速測(cè)定。
參考文獻(xiàn)
[1] 成勇、彭慧仙、袁金紅等，《微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鎢基硬質(zhì)合金中鈷鎳鐵鈮鉭釩鉻》[J] 冶金分析(Metallurgical Analysis),2013,33(3):50-54.
[2] 胡德新、王昊云、王兆瑞 等，《微波消解樣品-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鉛精礦中鉛、砷、鎘、汞》[J] 理化檢驗(yàn)（化學(xué)分冊(cè))（Physical Testing and Chemical Analysis（Part B:Chemical Analysis））,2012,48(7)：828 -830.
[3] 于成峰、李玉光、王晗 等，《微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定氧化鐵粉中14種元素》[J] 冶金分析(Metallurgical Analysis),2009,29(1):35-39.
[4]YS/T 422.1-2000《碳化鉻化學(xué)分析方法 鉻量的測(cè)定》(S).
[5]YS/T 422.3-2000《碳化鉻化學(xué)分析方法 鐵量的測(cè)定》(S).
[6]YS/T 422.4-2000《碳化鉻化學(xué)分析方法 硅量的測(cè)定》(S).

鋼研納克Plasma 2000 ICP光譜儀測(cè)定藥用玻璃制品中十一種元素
玻璃容器因其透明、美觀(guān)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，一直被包裝界認(rèn)為是的包裝容器。更加純凈的高品質(zhì)藥用玻璃瓶更是飲料、藥品、食品、化妝品等的包裝材料。傳統(tǒng)的藥用玻璃質(zhì)量指標(biāo)及檢測(cè)項(xiàng)目只包含理化性能、規(guī)格尺寸及外觀(guān)質(zhì)量等項(xiàng)。近兩年，為了與國(guó)際產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)接軌從而進(jìn)一步提高國(guó)內(nèi)藥用玻璃制品的質(zhì)量，化學(xué)成分及有害物質(zhì)浸出含量的檢測(cè)也正在成為藥用玻璃制品的重要檢測(cè)項(xiàng)目。
采用鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的Plasma 2000 CCD電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)客戶(hù)的藥用玻璃制品中的As、Fe、Mg、Pb、Sb、Sn、Al、Na、K、Ca、Ba等十一中元素的含量進(jìn)行了準(zhǔn)確。
樣品前處理
準(zhǔn)確稱(chēng)取樣品0.5000克于100mL鋼鐵量瓶中，加入10mL鹽酸（ ρ =1.19g/mL），低溫加熱溶解，冷卻后定容。再將上述溶液稀釋20倍，補(bǔ)加鹽酸（ρ=1.19g/mL）10mL，用于測(cè)定除Zr元素以外的元素。
另外準(zhǔn)確稱(chēng)取樣品0.5000克于100mL聚四氟乙烯燒杯中，加入10mL鹽酸（ ρ =1.19g/mL），低溫溶解后加入10mL氫氟酸，微沸，冷卻后定容過(guò)濾，用于測(cè)定Zr元素。
儀器特點(diǎn)及工作條件
優(yōu)異的光學(xué)系統(tǒng)，連續(xù)波長(zhǎng)覆蓋；科研級(jí)大面積CCD，所有元素一次測(cè)定；固態(tài)射頻發(fā)生器，高效可靠，自動(dòng)調(diào)諧；高效進(jìn)樣系統(tǒng)，具備激光燒蝕固體進(jìn)樣功能；軟件操作方便、信息直觀(guān)、功能全面；可靠的安全防護(hù)措施
入射功率：1. 10kW；工作氣體：氬氣純度> 99. 95%，冷卻氣13.5L/ min、輔助氣0.5/ min、載氣0.6L/ min；進(jìn)液泵速20rpm；垂直觀(guān)測(cè)高度10mm；一次讀數(shù)時(shí)間8s；穩(wěn)定時(shí)間20s；進(jìn)樣時(shí)間20s。
方法特點(diǎn)
氫氟酸+高氯酸混酸加熱消解樣品，高氯酸冒煙后鹽酸溶解并定容，溶樣過(guò)程簡(jiǎn)單；所選譜線(xiàn)干擾小并采用基體匹配消除譜線(xiàn)干擾；線(xiàn)性相關(guān)性好，各被測(cè)元素的線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)均大于0.999。
Ba校準(zhǔn)曲線(xiàn)
檢測(cè)結(jié)果
測(cè)得客戶(hù)藥用玻璃樣品中各元素含量結(jié)果見(jiàn)下表。
藥用玻璃中As、Fe、Mg、Pb等元素量測(cè)定結(jié)果（w/%）
元素 As Fe Mg Pb Sb Sn
Plasma2000 0.0025 0.0141 0.0109 <0.001 <0.001 <0.001
參考值 0.0026 0.0135 0.0103 <0.001 <0.001 <0.001
元素 Al Na Ca K Ba
Plasma2000 2.63 4.20 0.5914 0.4844 0.5506
參考值 2.67 4.20 0.6132 0.4807 0.5563

Plasma2000測(cè)定碳化硅中的雜質(zhì)元素
關(guān)鍵詞：Plasma2000，ICP-OES，碳化硅，陶瓷，全譜瞬態(tài)直讀
前言
金剛砂又名碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生產(chǎn)綠色碳化硅時(shí)需要加食鹽）等原料通過(guò)電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅由于化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好，廣泛用于耐火材料、脫氧劑、電熱元件等。由于粉體的純度與其成型、燒結(jié)、加工以至產(chǎn)品終性能密切相關(guān)，因此配合粉體的制備和應(yīng)用，進(jìn)行碳化硅粉體組分分析和純度評(píng)定，是開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)。隨著使用環(huán)境的苛刻要求，碳化硅的純度要求也越來(lái)越高，這就需要準(zhǔn)確測(cè)定碳化硅粉末中的雜質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)采用氫氧化鉀和硝酸鉀堿熔溶樣，使用鋼研納克生產(chǎn)的ICP-OES發(fā)射光譜儀準(zhǔn)確測(cè)定了碳化硅中的Ni、Cr、Mn、P、Si、Cu、Mo、V等元素。
儀器優(yōu)勢(shì)
Plasma 2000 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（鋼研納克檢測(cè)技術(shù)股份有限公司）是一種使用方便、操作簡(jiǎn)單、測(cè)試快速的全譜ICP-OES分析儀，具有良好的分析精度和穩(wěn)定性。儀器特點(diǎn)如下：
高效固態(tài)射頻發(fā)生器，超高穩(wěn)定光源；
大面積背照式CCD芯片，寬動(dòng)態(tài)范圍；
中階梯光柵與棱鏡交叉色散結(jié)構(gòu)，體積小巧；
多元素同時(shí)分析，全譜瞬態(tài)直讀。
Plasma 2000型ICP-OES光譜儀
樣品前處理
準(zhǔn)確稱(chēng)取0.1 g（精確至0.0001 g）試樣于鎳坩堝，加入1g氫氧化鉀和0.5g硝酸鉀，混勻置于馬弗爐內(nèi)，650℃恒溫反應(yīng)30min，中間取出搖動(dòng)一次，到時(shí)取出冷卻。待不再反應(yīng)后加入1mL硝酸，加熱至反應(yīng)完全冷卻，加入1mL氫氟酸，轉(zhuǎn)移定容至100mL容量瓶待測(cè)。
樣品溶解圖解
儀器參數(shù)
儀器工作參數(shù) 設(shè)定值 儀器工作參數(shù) 設(shè)定值
射頻功率／W 1200 輔助氣流速／L·min-1 0.5
冷卻氣流速／L·min-1 13.5 蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速/rpm 20
載氣流速／L·min-1 0.5 進(jìn)樣時(shí)間/s 35
樣品
未知樣品進(jìn)行測(cè)試
典型元素譜線(xiàn)
標(biāo)樣 濃度 計(jì)算值 誤差
標(biāo)準(zhǔn)1 0.005 0.0048 4%
標(biāo)準(zhǔn)2 0.01 0.0101 -1%
標(biāo)準(zhǔn)3 0.05 0.0489 2%
標(biāo)準(zhǔn)4 0.2 0.2003 0%
標(biāo)樣 濃度 計(jì)算值 誤差
標(biāo)準(zhǔn)1 0.01 0.0098 2%
標(biāo)準(zhǔn)2 0.05 0.0482 2%
標(biāo)準(zhǔn)3 0.2 0.2118 -1%
標(biāo)準(zhǔn)4 0.5 0.5173 -1%
標(biāo)樣 濃度 計(jì)算值 誤差
標(biāo)準(zhǔn)1 0.005 0.0050 0%
標(biāo)準(zhǔn)2 0.01 0.0099 1%
標(biāo)準(zhǔn)3 0.05 0.0484 3%
標(biāo)準(zhǔn)4 0.2 0.2004 0%
準(zhǔn)確度及方法回收率
元素 平均值/% 加標(biāo)量% 加標(biāo)回收率%
Al 0.0081 0.01 95.8
Ca 0.0091 0.01 106.2
Fe 0.0513 0.05 108.6
Mg 0.0040 0.01 102.3
Na 2.2522 1 97.1
精密度
元素 平均值/% σ RSD/%
Al 0.0081 0.0009 10.9214
Ca 0.0091 0.0009 9.8007
Fe 0.0513 0.0023 4.4125
Mg 0.0040 0.0002 6.2415
Na 2.2522 0.1852 8.2237
方法檢出限
在儀器工作條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的空白溶液連續(xù)測(cè)定11次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法中各待測(cè)元素檢出限，以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法中各待測(cè)元素的測(cè)定下限。
各元素的線(xiàn)性回歸方程和檢出限
元素 譜線(xiàn)/nm 檢出限/%
Al 396.152 0.0013
Ca 396.847 0.0006
Fe 259.940 0.0008
Mg 280.271 0.0006
Na 589.592 --*
注：*溶樣使用的KNO3中雜質(zhì)鈉含量較高，Na檢出限受溶劑影響大
結(jié)論
利用Plasma 2000光譜儀對(duì)碳化硅中元素進(jìn)行測(cè)定，檢出限在0.0006-0.0013%之間，回收率均在90%-110%之間，準(zhǔn)確性好，能夠適用于不銹鋼中元素的測(cè)定。

Plasma 1000 單道掃描ICP光譜儀可用于地質(zhì)、冶金、稀土及磁材料、環(huán)境、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物、海洋、石油、化工新型材料、核工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品商檢、水質(zhì)等各領(lǐng)域及學(xué)科的樣品分析。可以快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)從微量到常量約70種元素。
Plasma 1000 單道掃描ICP光譜儀
1. 光路形式：Czerny-Turner型 單道掃描ICP光譜儀
2. 光室恒溫：(30±0.2)℃
3. 光柵類(lèi)型：離子刻蝕全息平面光柵
4. 分辨率：不大于0.007nm
5. 刻線(xiàn)密度：3600g/mm
6. 高頻發(fā)生器震蕩頻率：40.68MHz 功率穩(wěn)定度：0.1%（長(zhǎng)期25℃典型值）
7. 震蕩類(lèi)型：自激式
8. 進(jìn)樣方式：蠕動(dòng)泵進(jìn)樣 配有多種霧室（旋流霧室、雙筒霧室和耐氫氟酸霧室）
9. 霧化器：同心霧化器
10. 重復(fù)性：RSD ≤1.0%
11. 穩(wěn)定性：RSD ≤2.0%（2小時(shí)）
12. 冷卻氣：10-20L/min
13. 輔助氣：0-1.5 L/min
14. 載氣：0.4-1L/min
15. 尺寸：1550mm×759mm×1340mm（長(zhǎng)×寬×高）
16. 重量：240公斤
Plasma 1000 單道掃描ICP光譜儀儀器特點(diǎn)：
1. 分析流程全自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)軟件點(diǎn)火、氣路智能控制功能；
2. 輸出功率自動(dòng)匹配調(diào)諧，功率參數(shù)程序設(shè)定；
3. 優(yōu)良的光學(xué)系統(tǒng)，先進(jìn)的控制系統(tǒng)，保證峰位定位準(zhǔn)確，信背比優(yōu)良；
4. 極小的基體效應(yīng)；
5. 測(cè)量范圍寬，超微量到常量的分析，動(dòng)態(tài)線(xiàn)性范圍5—6個(gè)數(shù)量級(jí)；
6. 檢出限低，大多數(shù)元素的檢出限可達(dá)ppb級(jí)；
7. 良好的測(cè)量精度，穩(wěn)定性相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤1.5%（5ppm），優(yōu)于國(guó)家A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（JJG768-2005）；
8. Rf輸出功率的范圍750-1500W，輸出功率穩(wěn)定性小于0.1%；
9. 光電倍增管的負(fù)高壓可在0-1000V范圍內(nèi)獨(dú)立可調(diào)，可根據(jù)不同元素的不同譜線(xiàn)單獨(dú)設(shè)置條件，和全譜儀器比較有更好的檢出限；
10. 納克儀器采用高屏蔽和良好接地保證操作者的安全；
11. 高精度的光室恒溫系統(tǒng)，保證儀器優(yōu)良的長(zhǎng)短期精度；
12. 多通道蠕動(dòng)泵進(jìn)樣，保證儀器進(jìn)樣均勻，工作穩(wěn)定；
13. 使用鈸銅彈片和特殊處理的屏蔽玻璃，在吸收紫外線(xiàn)同時(shí)使儀器輻射小于2V/m（JJG768-2005規(guī)定小于10V/m）。
14. 具有較高的譜線(xiàn)分辨率，能分出Hg313.154和313.183nm雙線(xiàn)譜線(xiàn)，能分出鐵的四重峰。
15. 人性化的軟件設(shè)計(jì)，操作方便，終身免費(fèi)升級(jí)。功能強(qiáng)大、友好的人機(jī)界面分析軟件,可在測(cè)定過(guò)程中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，方法編制和結(jié)果分析，是真正的多任務(wù)工作軟件；該軟件數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大，提供了多種方法，如內(nèi)標(biāo)校正、IECS和QC監(jiān)測(cè)功能等，可獲得合適的背景扣除點(diǎn)以消除干擾；對(duì)輸出數(shù)據(jù)可直接打印或自動(dòng)生成Excel格式的結(jié)果報(bào)告。