电感耦合等离子体原子发射光谱法测定低钛磷铁中的磷、钛、铝
姜玉领郭进京 赵慧
中原内配集团股份有限公司
摘要:使用王水溶解物料,在硝酸环境下,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定低钛磷铁中的磷、钛、铝三种元素,各元素的相关系数r均大于0.9995,方法中各元素的检出限在1.2μg/g -3.5μg/g,按照实验方法测定磷铁中磷、钛、铝结果的相对标准偏差在0.59%-2.5%之间,各元素的回收率在98%-105%之间。按照实验方法测定样品中的磷,铝,钛,测定值与分光光度法测定结果相吻合。
关键字:低钛磷铁、电感耦合等离子体原子发射光谱法,磷、钛、铝
低钛磷铁在钢铁中主要用作合金剂和脱氧剂,可以增加机械零件的耐磨性和抗腐蚀性,同时由于钛含量偏低可以改善零件的切削性能,控制零件中的铝可以减少铸造缺陷的产生,因此测定其中的磷、铝、钛显得非常有必要。低钛磷铁中磷的测定方法一般常见的是磷钼酸铵沉淀-酸碱滴定法、磷酸铵镁沉淀重量法、磷钒钼黄差示光度法等,钛的分析方法一般使用二安替比啉甲烷法,铝的分析方法有抗坏血酸还原铬天青S光度法和EDTA-Zn掩蔽铬天青S光度法。用ICP检测磷铁中磷、锰、硅等元素有报道,但同时检测磷铝钛三种元素不多见。本文着重从溶样方法上改进,建立了用王水溶样来研究了使用电感耦合等离子体原子发射光谱法,同时检测低钛磷铁中的磷、钛、铝等元素,该方法具有线性范围宽,检出限低,准确度高,基体效应小,干扰少等优点,能够快速检测多种元素的特点。本文中使用此方法测定低钛磷铁中的磷、钛、铝,其精密度和准度均能符合要求。
1 实验部分
1.1 试剂
王水1+3 :1份硝酸+3份盐酸;硝酸1+1 ;铁基空白溶液:1.000 g/L;磷标准溶液 1.000g/L:称取4.2635g优级纯磷酸氢二铵,溶于少量水中移入1L容量瓶中,水稀释至刻度摇匀;钛标准溶液 0.100g/L:称取0.1000g金属钛于250ml烧杯中,加(1+1)盐酸溶液使之溶解,冷却后定量转入1000ml容量瓶中并用(1+1)的盐酸溶液稀释至刻度;铝标准溶液 0.100g/L:称取金属铝0.1000g于250ml聚四氟乙烯烧杯中,加5ml氢氧化钠溶液(10%),加热使其溶解,以(1+1)盐酸中和并过量10ml,冷却,定量移入1000ml容量瓶中,以水稀释至刻度.
试验用水为二次净化水,电导率0.04μs/m;氩气纯度不小于99.999%
1.2 仪器及工作条件
Optima 8000电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国PE公司),采用CCD检测器。等离子体功率1300W,等离子体气流量10L/min,辅助气流量0.2L/min,雾化器气流量0.55L/min,观测距离15.0mm,载气压力0.2MPa,积分时间30秒,重复次数3次。
1.3 试验方法
1.3.1 样品处理:
准确称取0.1g试样,准至0.0001g,置于100ml烧杯中,加入20ml王水,加热溶解,蒸至近干,冷却,加少许水和10ml(1+1)硝酸,溶解盐类,冷却至室温,移入100ml容量瓶中,同时做空白实验。
1.3.2 标准溶液系列的配制
分别吸取10ml铁基标液,再加入不同体积的磷、铝、钛标准溶液,制备标准溶液系列,加入一定量的硝酸,保持标准溶液系列的酸度与试样溶液的酸度基本一致。标准溶液系列中各元素质量浓度相当于样品中各元素的质量分数,见表1
表1 标准溶液系列中各元素的质量分数 Table 1 Mass fraction of each component in the |
Standard solution series ω/% |
元素 | 空白 | 标准1 | 标准2 | 标准3 | 标准4 | 标准5 |
P | 0 | 5.00 | 10.00 | 20.00 | 25.00 | 30.00 |
Al | 0 | 0.10 | 0.30 | 0.50 | 1.00 | 1.50 |
Ti | 0 | 0.10 | 0.20 | 0.30 | 0.50 | 1.00 |
2 结果与讨论
2.1 样品处理
样品在溶解过程中,加入溶解性较强的王水,建立了用王水溶样,分析低钛磷铁中磷钛和铝的电感耦合等离子体原子发射光谱法,为了消除氮化物的影响,采用蒸干法。
2.2 分析谱线
通过选择大量待测元素的灵敏线和次灵敏线,使用上述方法进行试验,依据试验结果选取P213.618nm、Al394.940nm、Ti334.940nm作为分析谱线。以上分析谱线同时具备灵敏度高,试验结果(绝对强度)重复性好,各谱线两侧0.030nm范围内没有基体元素的波峰出现。
2.3 基体效应的消除
基体效应是指溶液中高浓度基体元素对分析信号的抑制或增强效应。为了考察铁对待测元素的影响,按上述方法我们分别测定了加基体溶液和不加基体溶液的对比测定,测定结果表明基体元素铁影响待测元素的光强,为了消除基体效应,在标准溶液中加入一定量铁基体匹配标准溶液来消除基体效应。
2.4 标准曲线及检出限
按照仪器设定的工作条件对表1中标准系列溶液进行测定,以待测元素的质量分数为横坐标,发射强度为纵坐标,绘制工作曲线。实验所得的线性范围、线性回归方程、相关系数见表2。在同样条件下对标准系列空白溶液连续测定10次,以3倍标准偏差计算方法中的各元素的检测限,见表2
表2 线性关系及检出限 Table 2 Linear equation and correlation coefficient of lead and detection limit |
元素 | 线性回归方程 | 相关系数 | 检出限μg/g |
P 213.617 | | 0.99954 | 3.5 |
Ti 334.940 | | 0.99987 | 1.2 |
Al 394.401 | | 0.99982 | 1.5 |
2.5 方法精密度
按实验方法测定一组样品中磷、钛、铝,平行测定6次,并进行加标回收试验,测定结果及相对标准偏差(RSD)和回收率见表3
表3 磷铁中磷、钛、铝的测定结果及回收试验 Table 3 Results of P,Ti,Al in phosphorus iron and recovery test |
元素 | 测定值(ω/%) | 平均值(ω/%) | RSD(n=6)% | 加标量(ω/%) | 测得总量(ω/%) | 回收率(%) |
P | 25.99,26.12,26.32 25.92,26.11,25.85 | 26.05 | 0.59 | 1.00 | 27.10 | 105.00 |
Ti | 0.432,0.422,0.435, 0.423,0.428,0.426 | 0.428 | 1.09 | 0.100 | 0.527 | 99.00 |
Al | 0.0438,0.0475,0.0465 0.0472,0.0470,0.050 | 0.0475 | 2.44 | 0.100 | 0.1455 | 98.00 |
由表数据可知:磷、铝、钛测定值的RSD均小于5.0%。证明试验方法精密度良好,可满足测定要求。
3 样品分析
按照实验方法我们对低钛磷铁合金中磷、铝、钛进行测定,并将结果与分光光度法进行对比,结果见表4,由表4可见两种方法的测定值基本一致。
表4 方法对比试验结果 Table 4 Test results of mothod comparison ω/% |
元素 | 实验方法测定值 | 分光光度法测定值 |
P | 24.56 | 25.45 |
Al | 0.0452 | 0.0448 |
Ti | 0.534 | 0.540 |
由以上数据可知:本试验测定结果与分光光度法检测结果符合。