ICP-AES法测定铬镍不锈钢中Mn、Cr和Ni
ICP-AES法测定铬镍不锈钢中Mn、Cr和Ni
冯 凤,亓蕾，陶曦东，田静
(中车南京浦镇车辆有限公司，南京，210031)
摘要 采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定了铬镍不锈钢中锰、铬和镍3种元素的含量。试样用盐酸与硝酸混合酸溶液溶解。确定了元素最佳分析谱线，各元素的浓度在一定范围内与其发射强度呈线性关系，方法的检出限在0.0006%～0.0015%之间。方法应用于铬镍不锈钢标准物质的测定，测定值与认定值相符，测定值的相对标准偏差（RSD）在0.51%～1.45%之间。标准物质和样品的加标回收率在90.5%～108.3%之间。
关键词 ICP-AES；铬镍不锈钢；锰；铬；镍
中图分类号 O657.31
Determination of Mn,Cr and Ni in Chromium Nickel Stainless Steel by ICP-AES
FENG Feng，QI Lei，TAO Xi-dong，TIAN Jing
(CRRC Nanjing Puzhen Co.，Ltd，Nanjing 210031，China)
Abstract ICP-AES was applied to the simultaneous determination of Mn，Cr and Ni in chromium nickel stainless steel. The sample was treated with HCl-HNO3.The best analytical spectral lines were chosen for the determination. Linear relationships between the emission intensity and the concentration of the elements were kept in definite ranges. The detection limits ranged from 0.0006% to 0.0015%. The method was applied to the analysis of the standard samples, giving results were in agreement with the certified values, with RSD (n=8) in the range of 0.51%-1.45%. The recovery rates measured by standard addition method were in the range of 90.5%-108.3%.
Key words ICP-AES；Chromium nickel stainless steel；Mn；Cr；Ni
铬镍不锈钢含有较高的铬和镍，并呈单相的奥氏体组织，因而具有比铬不锈钢更高的化学稳定性，更好的耐腐蚀性，是目前应用最多的一类不锈钢[1]。目前，既没有采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定不锈钢材料元素含量的国家标准，也没有统一的行业内分析方法。关于铬镍不锈钢化学成分的分析，一般采用化学分析方法及原子吸收法[2]。虽然化学分析方法的准确度和精密度都比较高，但分析程序长，操作复杂。ICP-AES具有基体效应小，线性范围宽、灵敏度高、分析速度快、多元素同时测定的特点，在金属材料常微量元素分析领域应用广泛[3-13]。采用ICP -AES 法可同时测定铬镍不锈钢中的锰、铬和镍多种元素，节省大量物力和人力。本文采用基体匹配的标准溶液绘制工作曲线，选择了各元素的最佳分析谱线，建立了测定铬镍不锈钢中锰、铬和镍的分析方法。
1 试验部分
1.1 仪器与试剂
Thermo iCAP6300 型全谱直读等离子体原子发射光谱仪。
盐酸、硝酸均为优级纯 ,高纯铁粉（纯度优于99.99%）。试验用水为二次去离子水，电阻率为18.2 MΩ*cm。
单标准储备溶液：锰、铬和镍的质量浓度均为：1000µg·mL-1，使用时根据需要逐级稀释。
铬镍不锈钢标准物质。
1.2 仪器工作条件
仪器工作参数如表1所示。
表1 仪器工作参数
Tab.1 Working parameters of the instrument
|
参数 |
设定值 |
|
射频功率 |
1150W |
|
冷却气流量 |
12L·min -1 |
|
辅助气流量 |
0.5L·min -1 |
|
雾化气流量 蠕动泵泵速 垂直观察高度 |
0.5L·min -1 50r·min -1 12.0mm |
|
积分时间 |
短波15s，长波5s |
1.3 试验方法
准确称取试样0.1000g于100mL定容两用瓶中，加入水5mL，加入盐酸与硝酸（体积比为2：1）混合酸溶液5mL，并于低温加热至反应完全，待试液冷却后，用水定容至100mL，混匀，按仪器工作条件进行测定。随同试样作空白试验。
2 结果与讨论
2.1 元素分析谱线的选择
在测定中，遵循低含量元素采用主灵敏线、高含量元素采用次灵敏线的原则，从基体干扰和背景校正两方面考虑，对各元素的谱线进行初选，分析谱线依次为：Mn：257.610nm，260.569 nm，279.482 nm；Cr：206.157 nm，267.716nm，318.070 nm， 360.533 nm； Ni：221.647 nm，352.454 nm。
扫描标准溶液，建立工作曲线，并以标准样品当未知样进行试验分析。经过多次试验比对，根据工作曲线、谱线和未知样品测试的准确度等情况，最后选定各元素的分析谱线为：Mn：257.610nm，Cr：206.157 nm， Ni：221.647 nm。
2.2 标准曲线及检出限
根据样品中基体成分，称取适量高纯铁粉进行基体匹配。分别称取0.1000g高纯铁粉7份分别于100mL定容两用瓶中，按照试验方法中试样的溶解步骤将其溶解，冷却至室温，然后加入各待测元素的标准溶液，用水稀释至刻度，混匀，制成标准溶液系列，按仪器工作条件进行测定。标准溶液中各元素的质量分数如表2所示。
表2 标准溶液中各元素的质量分数
Tab.2 Content of elements in standard solution
|
标准溶液 |
Mn, ω/% |
Cr, ω/% |
Ni, ω/% |
|
STD0 |
- |
- |
- |
|
STD1 |
0.20 |
1.00 |
1.00 |
|
STD2 |
0.60 |
5.00 |
3.00 |
|
STD3 |
1.00 |
10.00 |
6.00 |
|
STD4 |
1.60 |
15.00 |
10.00 |
|
STD5 |
2.00 |
20.00 |
15.00 |
|
STD6 |
3.00 |
25.00 |
- |
按照仪器工作条件对试剂空白溶液进行了11次测定，计算其标准偏差，以3倍的标准偏差为检出限。各元素的线性范围、线性回归方程、相关系数及检出限如表3所示。
表3 线性范围、线性回归方程、相关系数及检出限
Tab.3 Linearity ranges、linear regression equations、correlation coefficients and detection limits
|
元素 |
线性范围ω/% |
线性回归方程 |
相关系数 |
检出限ω/% |
|
Mn |
0-3.00 |
y=3.003×105x+0.662×100 |
0.9999 |
0.0006 |
|
Cr |
0-25.00 |
y=1.705×104x+3.184×103 |
0.9998 |
0.0015 |
|
Ni |
0-15.00 |
y=2.833×104x-4.230×101 |
0.9999 |
0.0012 |
2.3 方法的精密度和回收试验
按照试验方法对几个铬镍不锈钢标准物质进行测定，并进行加标回收试验，分析结果如表4和表5所示。同样，对铬镍不锈钢样品进行测定，考察方法精密度和加标回收率，分析结果如表6所示。
表4 标准物质的分析结果(n=8)
Tab.4 Analytical results of standard substances
|
元素 |
标准物质1# GSB 03-2031-2006 |
标准物质2# GSB 03-2481-2008 |
||||||
|
认定值ω/% |
测定值ω/% |
相对误差/% |
RSD /% |
认定值ω/% |
测定值ω/% |
相对误差/% |
RSD /% |
|
|
Mn |
0.867 |
0.869 |
0.23 |
0.51 |
1.16 |
1.17 |
0.86 |
0.79 |
|
Cr |
20.22 |
20.15 |
0.35 |
1.05 |
17.35 |
17.39 |
0.23 |
1.45 |
|
Ni |
7.66 |
7.71 |
0.65 |
0.85 |
11.13 |
11.09 |
0.36 |
1.13 |
表5 标准物质的加标回收分析结果(n=8)
Tab.5 Recovery results of standard substances GSB 03-2031-2006
|
元素 |
认定值 |
测定值 |
加标量 |
测定总量 |
回收率 |
RSD |
|
Mn |
0.867 |
0.869 |
0.20 |
1.05 |
90.5 |
0.50 |
|
Cr |
20.22 |
20.15 |
2.00 |
22.25 |
105 |
1.31 |
|
Ni |
7.66 |
7.71 |
2.00 |
9.63 |
96 |
1.08 |
表6 样品的分析结果(n=8)
Tab.6 Analytical results of samples
|
元素 |
测定值ω/% |
加标量ω/% |
测定总量ω/% |
回收率/% |
RSD/% |
|
Mn |
1.76 |
0.40 |
2.14 |
95 |
0.82 |
|
Cr |
19.72 |
3.00 |
22.97 |
108.3 |
1.11 |
|
Ni |
9.12 |
2.00 |
11.07 |
97.5 |
0.85 |
由表4可知，采用本法得到的结果，其相对误差在0.23%～0.86%之间，表明测定值与认定值相符；相对标准偏差在0.51%～1.45%之间，表明方法精密度和重现性较好。由表5和表6可知，采用该方法测定铬镍不锈钢样品，其精密度也很好，并且标准物质和样品的加标回收率较高，在90.5%～108.3%之间。
3 小结
本方法采用ICP-AES测定铬镍不锈钢中锰、铬和镍3种元素的含量，具有较好的准确度和精密度，加标回收率高，而且线性范围宽，灵敏度高，可以多元素同时分析，操作简便、迅速，可满足日常铬镍不锈钢中多元素含量的检测需要。
参考文献
[1] 王焕庭，李茅华，徐善国.机械工程材料.大连：大连理工大学出版社，1998.
[2] 肖慧，黄雪源，方邢有，等. 火焰原子吸收光谱法测定不锈钢食具中铅、铬、镍. 现代科学仪器，2007（5）：108-109.
[3] 朱海丰.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锰铁中微量磷.理化检验-化学分册，2009，45（1）：10-12.
[4] 邵海舟，刘成花.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铌铁中铌钛钽硅铝磷.冶金分析，2011，31（12）：54-57.
[5] 商英，尹艳清，殷雪霞，等.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛铁中钛、铝、硅、磷、铜和锰.理化检验-化学分册，2013，49（2）：193-195.
[6] 辛仁轩.电感耦合等离子体光源：原理、装置和应用.北京：化学工业出版社，1984.
[7] 耿新，陈克仲，孙鹏，等. 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铝锰铁中硅和磷.理化检验-化学分册，2015，51（1）：43-45.
[8] 唐华应，方艳，薛秀萍.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锰铁合金中铬硅磷.冶金分析，2007，27（9）：48-50.
[9] 鲁妙勤，王丽萍，杨彬卫. ICP-AES法测定不锈钢中14种元素. 分析仪器，2013(4) ：40-44.
[10] 李艳秋，毛成涛，戚佳琳，等. ICP-AES法测定不锈钢中元素. 检验检疫学刊，2010，20（2）：18-20.
[11] 于立文，王立玲. ICP-AES法同时测定不锈钢中6中元素. 山西化工，2015，35（5）：23-24.
[12] 高红波，禄妮，李波，等. ICP-AES法测定锆合金中常量及微量元素. 现代科学仪器，2007（2）：87-89.
[13] 王国新，许玉宇，俞璐，等. 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定不锈钢中8种合金元素. 理化检验-化学分册，2011，47（1）：78-80.
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