基于GB/T 4702标准采用Plasma 2000型电感耦合等离子体发射光谱仪测定金属铬中杂质元素含量

2019-10-28 17:09:33, 钢研纳克钢研纳克检测技术股份有限公司

关键词：ICP-AES，金属铬，元素

引言

铬(Chromium)，化学符号Cr，单质为钢灰色金属。铬在地壳中的含量为0.01%，居第17位。呈游离态的自然铬极其罕见，主要存在于铬铅矿中。由于铬合金性脆，作为金属材料使用还在研究中,铬主要以铁合金（如铬铁）形式用于生产不锈钢及各种合金钢。金属铬用作铝合金、钴合金、钛合金及高温合金、电阻发热合金等的添加剂。氧化铬用作耐光、耐热的涂料，也可用作磨料，玻璃、陶瓷的着色剂，化学合成的催化剂。碱式硫酸铬（三价铬盐）用作皮革的鞣剂。铬矾、重铬酸盐用作织物染色的媒染剂、浸渍剂及各种颜料。镀铬和渗铬可使钢铁和铜、铝等金属形成抗腐蚀的表层，并且光亮美观，大量用于家具、汽车、建筑等工业。此外，铬矿石还大量用于制作耐火材料。金属铬中不同元素含量决定了其应用的价值。因此对铬合金中各元素含量的准确测定尤为关键。

国家标准GB/T 4702 金属铬对元素的分析采用分光光度法、红外碳硫分析仪及重量法等，分析过程还需使用有毒物质，影响人员健康，本法采用ICP-AES分析金属铬中各元素，可以免于使用有毒物质对人体造成的伤害，保护操作者，而且简便、快速，大大提高了分析效率，节约了分析成本，完全可以满足生产的需求。

仪器特点

Plasma 2000型电感耦合等离子体发射光谱仪（钢研纳克检测技术股份有限公司）是使用方便、操作简单、测试快速的全谱ICP-AES分析仪，具有良好的分析精度和稳定性。仪器特点如下：

Ø 高效固态射频发生器，超高稳定光源；

Ø 大面积背照式CCD芯片，宽动态范围；

Ø 中阶梯光栅与棱镜交叉色散结构，体积小巧；

Ø 多元素同时分析，全谱瞬态直读；

Ø 多种进样系统，可选择性好；

Ø 垂直矩管水平观测，耐盐性更佳。

实验条件

1、仪器工作参数

表1 Plasma仪器工作参数

雾化气流量（L/min）	辅助气流量（L/min）	冷却气流量（L/min）	炬管中心管（mm）
0.65	0.5	13	1.5
进样泵速（rpm）	RF功率（W）	曝光时间（s）	进样时间（s）
20	1050	8	20

2、试料

试样颗粒应尽量保证均匀无污染，直径尺寸尽量不大于2mm。称取1.000g，精确至0.0001。

实验方法

1、试料溶液的制备

称取试样后，加入15ml盐酸，置于电热板上180℃加热反应溶解，待反应静止时，吹洗杯壁加入1ml硝酸，反应5分钟，取下冷却，转移至容量瓶用水稀释至刻度，摇匀待测。随同试料做空白试验。

1、标准曲线的配置

标准曲线采用基体匹配的方式消除基体效应和物理干扰的影响，如表2设置浓度梯度，使其覆盖待测样品元素范围。

表2 标准曲线配置

基底	元素	S0	S1	S2	S3	S4	S5	S6
以1g纯铬为基体，定容至50ml	Cd、Cu、Mn、	0	0.0002%	0.0005%	0.001%	0.002%	-
	Cd、Cu、Mn、	0	2ug	5ug	10ug	20ug	-
	Al、Cd、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Sn、V、Si、As、Sb、Bi、P	0	0.002%	0.005%	0.01%	0.02%	0.1%	0.2%
	Al、Cd、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Sn、V、Si、As、Sb、Bi、P	0	20ug	50ug	100ug	200ug	1000ug	2000ug

3、元素分析谱线
在测定中,遵循低含量元素用灵敏线,高含量元素次灵敏线的原则,从基体干扰和背景校正两方面考虑选出各元素的最佳测定谱线(见表3)。由于已进行基体匹配,只考虑光谱干扰和背景影响确定分析谱线,选择灵敏度高且无共存元素干扰的谱线作为分析线,为提高灵敏度,对多数低含量分析元素采用扣除背景方式进行测定。

表3 Plasma2000仪器对金属铬中各杂质元素的最佳分析谱线

分析元素	最佳分析线/ nm	分析元素	最佳分析线/ nm
P	213.618	Bi	306.772
Mn	257.610	Ni	231.604
Si	288.158	Cd	226.502
Al	396.152	Cu	216.556
Fe	238.204	Sb	206.834
Pb	220.353	V	309.311
Sn	189.925	As	189.042

结果与讨论

以15 %的稀盐酸作空白测试，在上述选定的工作条件下，重复测量空白溶液11次，以空白测定的标准偏差的3倍计算各元素的方法检出限，结果列于表4。由表4可知，各元素的方法检出限均满足测定要求。

表4纯铬中各杂质元素所选谱线估算的方法检出限

分析元素	分析线/ nm	方法检出限LD/%	分析元素	分析线/ nm	方法检出限LD/%
P	213.618	0.001	Bi	190.241	0.002
Mn	257.610	0.0001	Ni	231.604	0.0005
Si	251.611	0.0005	Cd	226.502	0.0001
Al	396.152	0.002	Cu	216.556	0.0002
Fe	238.204	0.0002	V	309.311	0.0005
Pb	220.353	0.001	As	189.042	0.001
Sn	189.925	0.001	Sb	206.834	0.002

为评价方法精密度及准确度, 对纯铬样品中的14种杂质元素进行了加标回收率试验及精密度试验（见表5）,各元素的回收率均在88%-108%之间（结果见表5）。

表5 加标回收率（%）

分析元素	加入量/%	检出量/%	回收率/%	RSD/%	分析元素	加入量 /%	回收量/%	回收率/%	RSD/%
P	0.002	0.0020	99.5%	4.80	Bi	0.002	0.0018	92%	1.92
Mn	0.002	0.0020	100.0%	4.36	Ni	0.002	0.0019	95%	3.34
Si	0.002	0.0020	102.5%	1.07	Cd	0.002	0.0019	96%	5.20
Al	0.002	0.0018	91.2%	2.89	Cu	0.002	0.0017	84%	2.01
Fe	0.002	0.0019	93.4%	1.02	Sb	0.002	0.0018	88%	5.11
Pb	0.002	0.0022	107.9%	2.58	V	0.002	0.0019	94%	1.06
Sn	0.002	0.0022	108.3%	3.50	As	0.002	0.0019	93%	2.98

纯铬样品测试结果如下：

表6 纯铬测定结果（%）

样品编号	分析项目/%
样品编号	P	Mn	Si	Al	Fe	Pb
1#	0.0011	＜0.001	<0.002	0.0083	0.142	＜0.005
2#	0.0012	＜0.001	<0.002	0.120	0.161	＜0.005
	Sn	Bi	Ni	Cd	Cu	Sb
1#	＜0.002	<0.002	0.0054	<0.0002	＜0.001	<0.002
2#	＜0.002	<0.002	0.0067	<0.0002	＜0.001	<0.002
	V	As
1#	0.0121	＜0.002
2#	0.0115	＜0.002

本文基于国家标准GB/T 4702《金属铬化学分析方法》，使用Plasma2000型全谱电感耦合等离子体发射光谱仪测定纯铬中的杂质元素，在标准GB/T4702的基础上对方法进行改进，扩展了测定元素范围与种类，通过计算检出限、回收率、精密度，分析结果准确稳定，可用于纯铬中P、Mn、Si、Al、Fe、Pb、Sn、Bi、Ni、Cd、Cu、Sb、V、As等多种杂质元素的分析测定。