盧超培，陳曉東，劉 標(biāo)，覃永振

(廣東省科學(xué)院工業(yè)分析檢測中心，廣東 廣州 510650)

鈷鉻鎢(CoCrW)系合金粉末是一種重要的高性能涂層材料，可用于火焰噴涂、等離子噴涂、等離子噴焊以及各種裝備部件的表面強(qiáng)化和修復(fù)[1-3]。在鈷鉻鎢系合金粉末中，加入一定含量的Fe等合金元素可以改善涂層的韌性，而加入少量的(1%左右)Mn等元素則可以增加合金的流動性和抗高溫氧化性。因此準(zhǔn)確測定鈷鉻鎢系合金粉末Fe和 Mn含量具有十分重要的意義。

目前鐵的測定方法主要有鄰二氮菲分光光度法[4]、磺基水楊酸分光光度法[5]、原子吸收法[6]、氧化還原滴定法[7]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[8-9]等。錳的測定方法主要有原子吸收光譜法[10]和滴定法[11-12]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[11]等。滴定法和分光光度法使用試劑較多，且流程長，分析過程較為繁瑣。原子吸收法不能同時對多元素進(jìn)行測定，而電感耦合等離子體發(fā)射光譜法具有選擇性強(qiáng)、檢出限低、靈敏度高、精密度好、分析速度快、線性范圍寬，可用于同時測定多元素等優(yōu)點。王丹等[9]電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鈷鉻鎢合金中鎢、鎳、鐵、釩，但該方法在操作上較為繁瑣，需要基體匹配，耗時較長。微波消解法具有操作簡便，升溫快，消解能力強(qiáng)，溶樣時間短等優(yōu)點，而且在溶樣過程中可以更好避免揮發(fā)損失和樣品污染。本文介紹了以鹽酸+硝酸+氫氟酸為消解試劑、用微波消解—電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定鈷鉻鎢系合金粉末中鐵、錳含量的方法。其中鐵的測定范圍為0.50%～4.00%，錳的測定范圍為0.50%～2.00%。本方法操作簡便，能夠快速、準(zhǔn)確測定鈷鉻鎢系合金粉末中鐵和錳的含量。

1 試驗部分

1.1 儀器及工作條件

ULTIMA-2型ICP-AES光譜儀。配置耐氫氟酸霧化裝置，儀器主要工作條件見表1。

表1 ICP-AES工作條件

Mars6型微波消解儀。儀器主要工作條件見表2。

表2 微波消解升溫程序

1.2 試 劑

鹽酸(ρ=1.19 g/mL),硝酸(ρ=1.42 g/mL)，氫氟酸(ρ=1.15 g/mL)，王水(V鹽酸:V硝酸=3:1)(用時現(xiàn)配)。

鐵標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(鋼鐵研究總院)：1000 μg/mL。鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液：分別移取鐵的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液各10.00 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mL王水，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液1 mL含100 μg鐵。

錳標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(鋼鐵研究總院)：1000 μg/mL。錳標(biāo)準(zhǔn)溶液：分別移取錳的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液各10.00 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mL王水，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液1 mL含100 μg錳。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：分別移取鐵和錳的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液各10.00 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mL王水，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液1 mL分別含100 μg鐵、錳。

試驗所用鹽酸、硝酸、氫氟酸均為分析純(廣州化學(xué)試劑廠)，試驗用水為二級水及以上純度的水。

1.3 試驗方法

將0.20 g試料(精確至0.0001 g)，置于微波消解罐中，加入10 mL王水和2 mL氫氟酸。置于微波消解儀中，按表2的消解程序?qū)悠愤M(jìn)行消解。待試樣消解完全后，取下冷卻，轉(zhuǎn)移至100 mL塑料容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

分取10.00 mL上述溶液至100 mL塑料容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。在電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀上，于選定的分析譜線處，測量試液及隨同試料空白溶液中各待測元素的發(fā)射強(qiáng)度。從工作曲線上查得各待測元素的質(zhì)量濃度。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制

取0 mL、1.00 mL、2.00 mL、5.00 mL、8.00 mL、10.00 mL混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)于一組100 mL容量瓶中，加入1 mL王水，用水稀釋至刻度，混勻。此標(biāo)準(zhǔn)溶液系列中鐵和錳的質(zhì)量濃度分別為0、1.00、2.00、5.00、8.00、10.00 μg/mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 測定譜線的選擇

根據(jù)儀器的分辨率和靈敏度，以及合金粉末中鈷、鉻、鎢、鎳、鐵、錳、硅等元素之間的光譜干擾，結(jié)果見表3。

表3 鐵、錳元素譜線干擾情況

因此本文選擇鐵的測定譜線為259.940 nm，錳的測定譜線為279.482 nm。

2.2 樣品消解方法的選擇

按照試驗方法，分別在樣品中加入不同量的王水和氫氟酸，考察不同量的酸對樣品分解的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)樣品量為0.2 g，王水加入量為10 mL，氫氟酸加入量低于1 mL時，樣品分解不完全。當(dāng)王水加入量為10 mL，氫氟酸用量大于等于2 mL時，樣品分解完全。因此本文選用王水加入量為10 mL，氫氟酸的用量為2 mL。

當(dāng)消解溫度過低時，樣品較難消解完全。當(dāng)溫度過高時，降溫時間較長，而且在實際操作過程中，會增加危險系數(shù)。因此對消解最高溫度和消解時間進(jìn)行了探究，結(jié)果如表4所示。

表4 消解最高溫度和消解時間對結(jié)果的影響

因此本文選用的參數(shù)為最高消解溫度200 ℃，消解時間20 min。

2.3 基體鈷、鉻、鎢、鎳、硅對測定的影響

按照試驗方法，配制鈷、鉻、鎢、鎳、硅基體混合元素溶液，并加入鐵、錳元素進(jìn)行測定，考察鈷、鉻、鎢、鎳、硅基體對測定元素在選定波長處的干擾情況。由于樣品中鈷最大含量為70%，鉻最大含量為35%，鎢最大含量為15%，鎳最大含量為15%，硅最大含量為3%，根據(jù)試驗方法的最大稱樣量，配制含鈷0.3 mg/mL、含鉻0.15 mg/mL、含鎢0.10 mg/mL、含鎳0.10 mg/mL、含硅0.02 mg/mL的溶液，加入2.00 mL待測元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)，在選定的操作條件下測定。結(jié)果如表5所示。結(jié)果可看出，鈷、鉻、鎢、鎳、硅基體對鐵和錳的測定無影響。

表5 鈷、鉻、鎢、鎳、硅基體對測定元素的干擾

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

在選定儀器條件下，于選定的分析譜線處，對標(biāo)準(zhǔn)系列溶液進(jìn)行測定。分別以鐵、錳的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，發(fā)射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。在選定儀器條件下，按照試驗方法，對隨同試樣空白溶液連續(xù)11次測定，以11次測定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為方法檢出限，結(jié)果見表6。

表6 標(biāo)準(zhǔn)曲線和方法檢出限

2.5 精密度試驗

通過計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差驗證方法的精密度。按照試驗方法，分別對不同梯度的樣品進(jìn)行測定(n=11)，結(jié)果見表7。試驗結(jié)果表明，方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.39%～1.60%之間，精密度較高。

表7 鐵、錳的精密度試驗結(jié)果

2.6 加標(biāo)回收試驗

按照試驗方法，分別對三組樣品(準(zhǔn)確稱量0.2000 g樣品)做加標(biāo)回收試驗，結(jié)果見表8。試驗結(jié)果表明，本方法的加標(biāo)回收率在98.0%～105.3%之間。

表8 加標(biāo)回收率

2.7 方法對比

按照試驗方法測定3號鈷鉻鎢系合金粉末樣品中Fe、Mn并與微波消解-原子吸收光譜法[6]測定結(jié)果對比，結(jié)果見表9。測定結(jié)果基本一致。

表9 方法對比結(jié)果

3 結(jié) 論

以鹽酸+硝酸+氫氟酸為消解試劑，用微波消解—電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鈷鉻鎢系合金粉末中的鐵和錳的含量。本方法的加標(biāo)回收率在98.0～105.3%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD在0.39%～1.60%之間，該方法精密度好、準(zhǔn)確度高、操作簡單，能夠快速、準(zhǔn)確測定鈷鉻鎢系合金粉末中鐵、錳元素。