吳金龍 金獻忠

（北侖出入境檢驗檢疫局 浙江寧波 315800）

堿熔融電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定生鐵中硅錳磷含量

吳金龍 金獻忠*

（北侖出入境檢驗檢疫局 浙江寧波 315800）

提出了一種電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定生鐵中硅、錳、磷含量的方法。生鐵樣品采用氫氧化鈉和過氧化鈉在鋯坩堝內熔融，鹽酸浸??；研究了共存元素的影響，濃度在5.0 mg/mL-6.0 mg/mL之間的鈉元素、20μg/mL的鋯元素以及樣品中其他共存元素對各元素的測定結果無影響；考察了酸度效應，鹽酸用量在體積分數(shù)8％-12％時，對各元素測定的影響可以忽略。以生鐵標準物質作為樣品進行分析，測定值和認定值相吻合，RSD（n=5）為0.3％ -1.0％。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法；生鐵；硅；錳；磷

1 前言

生鐵是含碳量2.11％-6.67％的鐵碳合金。根據(jù)生鐵里碳存在形態(tài)的不同，可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵等幾種，鑄造生鐵用于制造各種鑄件，球墨鑄鐵廣泛用于制造曲軸、齒輪、活塞等機械零件。另外，合金生鐵常用作煉鋼的原料，在煉鋼時根據(jù)需要加入某些合金生鐵，可以改善鋼的性能。

生鐵中雜質元素主要是硫、硅、錳、磷等。硫含量的測定一般采用碳硫測定儀或碳硫快速分析儀。硅、錳、磷等雜質元素含量的測定，目前的方法有直讀光譜法[1-3]、X熒光光譜法[4-6]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-OES法)[7-11]和分光光度法[12]等。直讀光譜法和X熒光光譜法是固體樣品直接分析的技術，ICP-OES法和分光光度法都需要把樣品溶解，然后進行分析。從目前的文獻來看，采用濕法分解進行生鐵中硅、錳、磷等含量的測定，都采用酸溶的樣品前處理方法，由于生鐵中碳含量很高，因而酸溶前處理無法判定樣品是否溶解完全，而且不易準確地測定硅含量。

本文采用堿熔融、酸浸取的樣品前處理方法，能使生鐵溶解完全，溶液透亮，建立了一種ICP-OES法準確測定生鐵中硅、錳、磷含量的方法。該方法可推廣至生鐵中合金元素含量的測定，已應用于日常大量樣品的檢測工作。

2 材料與方法

2.1 材料

2.1.1 儀器

6500電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：美國Thermo Scientific公司，工作頻率27.12 MHz，中階梯光柵分光系統(tǒng)，CID檢測器，波長范圍166-847 nm，垂直炬管，SeaSpray玻璃同心霧化器，旋流霧室，四通道蠕動泵，氬氣：氬體積分數(shù)不小于99.996％。

2.1.2 試劑

氫氧化鈉、過氧化鈉和鹽酸：分析純，國藥集團；硅、錳、磷國家單元素標準溶液：國家鋼鐵材料測試中心；生鐵標準物質BH 2007-1、BH 2003-5B：山東冶金研究所。

2.2 方法

2.2.1 儀器工作條件

入射功率1150 W，冷卻氣流量12 L/min，輔助氣流量0.50 L/min，載氣流量0.75 L/min，樣品提升量1.4 mL/min，觀察高度12 mm，長波積分時間15 s，短波積分時間5 s。分析線為：Si 251.611 nm、212.412nm，Mn 257.610 nm、293.306nm，P185.942nm、213.618 nm。

2.2.2 樣品溶解

稱取1.5 g氫氧化鈉均勻鋪在鋯坩堝（鋯質量分數(shù)≥99.5 ％，容積約30 mL）底部，接著稱取0.30 g樣品置于其上，再稱取3.0 g過氧化鈉均勻覆蓋，放入馬弗爐中，升溫至600 ℃恒溫熔融40 min后，關閉電源，微開爐門，待冷卻后取出，放入350 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入250mL鹽酸（1+4），然后在可控溫電熱板上加熱至沸后，洗出鋯坩堝，再加10 mL硝酸并加熱至近沸，取下冷卻至室溫，轉移至500 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，轉移至塑料瓶中待測。

稱取0.30 g高純鐵粉作為樣品，隨同進行溶解，制得樣品空白溶液。

2.2.3 試劑空白溶液

稱取1.5 g氫氧化鈉和3.0 g過氧化鈉于350 mL聚四氟乙烯燒杯中，緩緩加入250mL鹽酸（1+4），再加10 mL硝酸，冷卻至室溫，轉移至500 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，轉移至塑料瓶中備用。

2.2.4 標準溶液配制

在4個100 mL容量瓶中（標識分別為S1、S2、S3、S4），按表1移入各元素的質量，然后用試劑空白溶液定容，混勻后，轉移至塑料瓶中備用。

表1 配制標準溶液所需各元素的質量

2.2.5 測定方法

把標準溶液依次霧化后引入電感耦合等離子體炬內，根據(jù)標準溶液中各被測元素分析線處的凈光強和對應的濃度繪制校準曲線。分別測定樣品空白溶液和試料溶液中各被測元素的凈光強，根據(jù)校準曲線測定各被測元素的濃度，然后計算出試樣中相應各元素的含量。兩次進樣之間用水沖洗20 s左右。

3 結果與討論

3.1 基體效應

樣品經堿熔融后，溶液中存在大量的鈉、鋯坩堝溶出的鋯以及樣品中存在的元素，因而基體復雜。

3.1.1 鈉元素的影響

樣品經堿熔融后，溶液中鈉的濃度為5.3 mg/ mL。配制3瓶溶液，每瓶中鈉濃度分別為5.0 mg/ mL、5.5mg/mL、6.0 mg/mL。在保持酸度一致的情況下，考察溶液中鈉元素對待測元素（Si 5.0μg/mL，Mn 10.0 μg/mL，P 5.0 μg/mL）的影響情況，結果列于表2。

表2 鈉元素對硅錳磷測定的影響

結果表明，鈉濃度在5.0mg/mL-6.0 mg/mL 時，鈉對各元素測定的影響可以不予考慮。

3.1.2 鋯元素的影響

每熔融樣品1次，鋯坩堝損失10 mg左右，那么在溶液中鋯的濃度相當于約20 μg/mL。在保持酸度和鈉元素濃度一致的情況下，20 μg/mL鋯對待測元素的影響列于表3。

表3 鋯元素對硅錳磷測定的影響

從表3可知，鋯對各元素的測定沒有影響，當然如鋯坩堝不純會有雜質溶出。

3.1.3 其他共存元素間的相互影響

在保持酸度和鈉元素濃度一致的情況下，分別稀釋熔融生鐵標準物質（BH 2007-1）的溶液2倍和5倍，然后采集稀釋和未稀釋這3種溶液中各元素的凈光強進行曲線擬合，Si、Mn、P各分析線的線性相關系數(shù)都為1.0000，說明各共存元素間相互影響可以不予考慮。綜上所述，本方法中基體效應可以忽略。

3.2 酸度效應

配制5瓶溶液，每瓶中鈉濃度保持一致，當溶液中所用鹽酸相當于酸的體積分數(shù)為8％、9％、10％、11％、12％時，考察酸度對各元素（Si 5.0 μg/mL，Mn 10.0 μg/mL，P 5.0 μg/mL）的影響情況，結果列于表4。

表4 酸度效應

從表4可以看出，在此酸度范圍內，酸度對各待測元素的影響可以忽略。

3.3 方法的檢出限和測定范圍

連續(xù)測定11次樣品空白溶液，計算檢出限（n=11，k=3），按檢出限的5倍作為方法的測定下限，按校準曲線的最高點計算測定上限，并考慮生鐵中各元素的實際情況，表5給出了方法的檢出限和測定范圍。

表5 方法的檢出限和測定范圍

3.4 樣品分析

把生鐵標準物質BH 2007-1、BH 2003-5B當作樣品進行分析，結果(n=5)列于表6。

表6 樣品分析

從表6的結果看，本文建立的方法可行。

4 結論

本文首次提出了測定生鐵中硅錳磷含量的堿熔融ICP-OES方法。該法結果準確可靠，方便快速，能滿足日常大量樣品的快速分析工作。

［1］SN/T 2489-2010 生鐵中鉻、錳、磷、硅的測定 光電發(fā)射光譜法[S].

［2］ 稅必剛. 火花源原子發(fā)射光譜法分析釩鈦生鐵結果穩(wěn)定性的考察[J]. 冶金分析，2008，28（8）：76-79.

［3］ 張明榮，王德龍，李軍，等. 直讀光譜法檢測生鐵成分的改進[J]. 山東冶金，2006，28（5）：78-79.

［4］ 馬林澤. X射線熒光光譜法測定生鐵塊中雜質元素[J]. 云南冶金，2013，42（2）：96-100.

［5］ 高建民，曲志勇，張愈潔，等. X射線熒光光譜法測定生鐵中10種元素[J]. 冶金分析，2011，31(4)：39-43.

［6］ 朱紀夏，李慶美. X射線熒光光譜法快速測定生鐵中硅錳硫磷鈦[J]. 理化檢驗-化學分冊，2004，40（4）：233-236.

［7］ 廖紅梅，黃云華，陳宇平. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法同時測定生鐵中硅錳磷砷銻錫[J]. 福建分析測試，2010，19 （2）：80-82.

［8］ 張仁才. ICP-AES快速分析生鐵中的硅、錳、磷[J]. 福建分析測試，2010，19（2）：42-47.

［9］ 陳安明. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定碳鋼及生鐵中痕量砷銻鉍錫鉛[J]. 冶金分析，2007，27（3）：68-70.

［10］楊忠梅，何玉田. ICP-AES法測定生鐵中錳和硅[J]. 冶金分析，2005，25（3）：95-96.

［11］方紅，揚曉兵，連庚寅，魏學虹. ICP-AES法測定生鐵中硅錳磷的研究[J]. 理化檢驗-化學分冊，2001，37（3）：127-128，140.

［12］張平建，董丙成，王德全，等. 光度法聯(lián)合快速測定生鐵和鑄鐵中的Si、Mn、P[J]. 萊鋼科技，2010，1：20-22.

Determination of Silicon Manganese and Phosphorus in Pig Iron with Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

Wu Jinlong, Jin Xianzhong*
(Beilun Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Ningbo, Zhejiang, 315012)

A method was proposed for the determination of silicon, manganese, and phosphorus in pig iron with inductively coupled plasma atomic emission spectrometry . Samples were fused with sodium hydroxide and sodium peroxide in zirconium crucibles and leached out with hydrochloric acid solution. The matrix effect were investigated, no effect on the measured elements by sodium between 5.0 mg/mL and 6.0 mg/mL, zirconium in 20μg/mL and other elements in pig iron was found. Acidity effect was discussed and the effect of the volume of hydrochloric acid between 8 percent and 12 percent was able to be ignored. CRMs of pig iron were analyzed, and good agreements were achieved on the detected levels and the certifi ed values with RSDs (n = 5) being in the range of 0.3 ％-1.0％.

ICP; Pig Iron; Silicon; Manganese; Phosphorus

O657.31; TG115.33

*通訊作者E-mail：jinxz@nbciq.gov.cn