1.前言

钢中总铝的分析一般采用铬天青S分光光度法测定，用常规的试样前处理需要经过盐酸－硝酸溶解，高氯酸冒烟后过滤，残渣经灰化、灼烧、熔融后浸出并入主液，然后才能在弱酸性介质中使铝与铬天青S生成紫红色的络合物，在分光光度计上测定。该方法已被国内大多数单位采用，并纳入国家标准（GB223.9－89）,规定其测定范围为0.05-1.00％。钢中总铝也有采用原子吸收方法测定（ISO9658－1990），但试样前处理也要经过酸溶，过滤，残渣灰化，灼烧，熔融等步骤，试液用氧化亚氮－乙炔火焰原子吸收法进行测定，方法的测定范围为0.005-0.20 % 。以上无论何种方法测定都需经过冗长繁杂的前处理过程，使钢中总铝的分析不但操作烦琐而且分析速度慢，一般分析一批10个左右试样需整整两天时间。

近年来,微波消解技术已引起人们极大的关注,被广泛应用于各种领域^{[1] [2] [3]}本实验采用微波消解方法进行试样的前处理，与原子吸收光谱或ICP等离子光谱相结合，使分析速度大大提高，操作简便，分析精度与准确度都达到国标和ISO规定的要求。

2.实验部分

2.1仪器与试剂

美国CEM公司生产MDS-2100型微波消解装置,功率950W。UDV-10型密闭消解容器

日本JARRELL-ASH公司生产的AA-8500型原子吸收光谱仪，SN-64型氧化亚氮-乙炔用燃烧器

试剂   王水  HF  HClO₄  KCL  Al标准溶液  纯铁第178-8号（钢铁研究总院生产）

2.2实验步骤

称取0.5000g试样于消解罐中，加溶解酸，盖上盖子，按仪器操作步骤装入微波装置内，并连接好压力传感器，进行微波消解，消解完毕，冷却后将试液移入聚四氟乙烯杯中，加过氯酸加热蒸发冒烟至近干。用1+1盐酸溶解残渣，移入50 mL容量瓶中，加入KCl溶液，稀释至刻度，混匀，在原子吸收光谱仪上，氧化亚氮－乙炔火焰中测定其吸光度。

2.3工作曲线

称取0.5000g纯铁7份，按实验步骤制备成溶液后，分别加入不同量的Al标准溶液，稀释后制备成的溶液Al含量分别为0, 0.005% , 0.010% , 0.020%, 0.030%, 0.050% , 0.070%。在N₂O-C₂H₂火焰中测定其吸光度,绘制工作曲线。

3.结果与讨论

3.1实验样品的选择

钢中铝的存在形式有固溶铝,氮化铝和氧化铝,其中固溶铝和氮化铝溶于酸称为酸溶铝,氧化铝一般不溶于酸称为酸不溶铝。本实验要解决的关键问题是要使酸不溶铝完全溶解。因此在选择实验样品时必须选择试样中酸溶铝与总铝的含量差别比较大的试样，才能说明试样中酸不溶铝是否能完全分解。本实验选择了以下几个标样作为试验样品，其铝含量列于表1

 

表1 试验样品含铝量

 

3.2试样量的影响

本试验曾对0.2,0.5,1.0g样品进行了试验，称取1g样品由于样品量太大，金属对微波有反射，不仅使试样分解不完全，而且对微波发生器会有损伤;称取0.2g样品由于火焰原子吸收灵敏度不高，对低含量的样品无法得到满意的检出结果。故一般选用0.5g样品，在此条件下,本方法的检测下限为0.005％Al。

3.3消解过程程序控制试验

微波消解试样是利用在密闭容器中用微波加热，在一定的压力温度下使试样溶解于酸中。在本实验中对消解的酸，消解的压力和时间等条件进行了试验，结果见表2,3,4。

 

 

表2不同酸消解效果（Al_T%）

 

 

表3不同微波压力的消解效果（Al_T%）

 

 

表4不同消解时间的消解效果（Al_T%）

试   样	10min	20min	30min	40min
材字286	0.0030	0.0038	0.0040	0.0038
材字260	0.0191	0.0185	0.0185	0.0184
13205-94	0.0190	0.0194	0.0210	0.0206

 

 

表2中选用了HCl,HNO3,HF的不同组合进行了试验，可以看出酸不溶铝必须要有HF存在下才能完全分解。表3、表4表明了微波消解程序中的压力和消解时间对分析结果的影响，可以看出不同的分解压力和不同的消解时间对样品分解完全与否有很大关系，而且对不同的钢种也有明显的差异。

3.4样品前处理的比较

用原子吸收分析钢样中的总铝，关键在于样品前处理是否能将酸不溶铝完全分解，和处理好的试液是否能适用于原子吸收测量。本试验建立的微波消解方法和传统的前处理方法相比较有很大的优越性。

3.4.1传统处理方法

称取试样于250mL烧杯中，分次加入40mL混合酸，盖上表面皿，加热煮沸除去氮氧化物，冷却，加15mL水，用慢速滤纸过滤，并收集滤液于250mL烧杯中，分别用少量温热稀酸和水交替洗涤滤纸，洗液并入滤液中。将含不溶残渣的滤纸转入铂坩埚中，低温灰化，然后缓慢地升温至1000℃,冷却，加几滴水，几滴硫酸和5mL氢氟酸，蒸发至干，再缓慢升温至1000℃灼烧，冷却坩埚，加入1.0g混合熔剂，将坩埚放入马弗炉中于1000℃熔融15min,冷却坩埚并加入1mL或2mL盐酸和8mL水，缓慢加热溶解熔块，待坩埚冷却后，将溶液与滤液合并，并移入100mL容量瓶中，稀释至刻度，混匀。

3.4.2本方法

称取试样于消解罐内，加入4mL王水，1mLHF,待剧烈反应结束后，盖上盖子，套好外套，插入转盘，将转盘置于微波腔内，连接好控压装置。设定微波程序并运转，程序结束，待内部压力下降后取出，打开罐子，将试液转移至200mL聚四氟乙烯烧杯中，在电炉上加热蒸发至小体积，加4mL过氯酸加热冒烟至近干，取下加入5mL 1+1 HCl,溶解残渣，冷却后移入50mL容量瓶中，稀释至刻度，混匀。

比较上述两种前处理方法：后者比前者的操作步骤明显减少，劳动强度降低;前者因处理时引入大量盐类对后面原子吸收或ICP测定带来不便,而后者很适合于原子吸收和ICP测定;分析时间明显缩短，前者一批样品需要整整两天时间，而后者只需一天。

3.5精密度及准确度

选用了材字286，材字260，13205－94三个标样，采用本试验建立的微波消解－原子吸收测定方法，进行了十一次分析，其结果见表5。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

表5.分析精度与准确度

从表5可以看出本方法的精度和准确度都比较高。

4.结论

4.1用微波消解原子吸收光谱分析钢中总铝与常规的传统分析方法相比较具有分析速度快，分析步骤简单，试剂用量少等优点，能提高分析效率，降低成本。

4.2微波消解原子吸收光谱分析钢中总铝方法的精度和准确度均能达到或优于传统的分析方法，具有分析精度高，准确度好的优点，分析含量大于0.005%的钢中铝，其分析的相对标准偏差均为<10%.

4.3微波消解原子吸收光谱分析钢中总铝，其消解条件应根据不同钢种而定。

5.参考文献

[1]E.M.Skelly, F.T.Distefano  Applied Spectroscopy, 1988,42(7):1302

[2]Fernando L A , Heavner W D et al. Anal. Chem., 1986,58:511

[3]Lamothe P J ,Fries T L et al. Anal. Chem.,1986,58:1881

[4]顾明通杨俊铭 实用冶金分析 沈阳 辽宁科学技术出版社 ,1990:149