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近年来,铌铁的应用领域不断拓展,冶金行业主要用来冶炼含铌钢.在高温钢和工具钢中,铌的加入可以提高钢的热强度性、抗蠕变性和韧性.在铁素体不锈钢中,加入铌可以改善钢的焊接性能和抗蚀性能等.铌铁中硅、铝、钛、锰元素的含量对铌铁的性质也很重要.然而,硅的检测方法不多,国家标准采用重量法[1],但对质量分数小于1.0%的硅不能测定.文献报导的方法大多用分光光度法,铝和钛也多用光度法与滴定法测定[2-4],这些方法都存在操作步骤繁琐和周期长的缺点;也有应用ICP-AES光谱法测定硅、铝等多元素的分析方法[5-21],但用硫酸高温冒烟处理样品技术,易造成硅损失,使测定结果偏低.本研究通过大量的试验,采用硝酸、氢氟酸和过氧化氢在常温下溶解样品,找出酸的最佳比例;建立了电感耦合等离子体光谱法同时测定铌铁中硅、铝、钛、锰的质量分数的分析方法,试验结果表明方法准确可靠.
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硝酸(ρ约1.42 g/mL);氢氟酸(ρ约1.15 g/mL).硝酸(唐山市迁乔科技有限公司)、氢氟酸(宜春金浩科技有限公司)均为优级纯.
标准储备溶液包括:硅标准溶液(500 μg/mL);铝标准溶液(1 000 μg/mL);锰标准溶液(1 000 μg/mL);钛标准溶液(1 000 μg/mL).这些标准溶液均购自北京钢研纳克公司.
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OPERTIMA-4300DV型电感耦合等离子体发射光谱仪(美国PE公司),雾化器为耐氢氟酸的雾化器,工作参数为辅助气流量0.2 L/min;雾化气流量0.8 L/min;等离子气流量15 L/min;RF功率1 300 W.
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称0.100 0 g试样于200 mL塑料烧杯中,加10 mL HNO3(1+1),分次滴加5 mL HF,边滴边摇,加5滴过氧化氢助溶;待样品溶解完全时,移入100 mL塑料容量瓶中,加入10 μg钇,用水稀释至刻度,混匀.
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在5个塑料容量瓶加入相同的铌质量分数为60.0%(高纯铌)和铁质量分数为40.0%(基准纯铁)的溶液,按表 1加入待测元素标准溶液及10 μg钇(北京钢研纳克公司),用水稀释至刻度,混匀.
将校准溶液与试样溶液在ICP光谱仪上测定,绘制工作曲线,通过软件程序计算样品结果.
1.1. 试剂及标准储备溶液
1.2. 仪器及工作条件
1.3. 分析方法
1.4. 校准曲线的绘制
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原则上选择灵敏度较高、背景低、干扰少和发射强度稳定的谱线为分析线.从谱线库中选了硅元素的3条分析线:251.611,212.412,288.158 nm,并进行了试验,硅的212.412 nm光谱图见图 1.
由图 1可看到212.412 nm谱线的重叠峰是铌元素对硅的干扰,而谱线251.611 nm受铁的影响较大,谱线288.158 nm受共存元素的干扰最小,灵敏度也满足分析要求,因此硅选择288.158 nm谱线做分析线.同样钛元素选择了3条分析线337.279,334.903,368.519 nm进行试验.由图谱上看到,谱线337.279 nm和334.903 nm均存在铌元素严重的重叠峰干扰.因此,钛元素的分析线选择368.519 nm,铝元素选择396.153 nm,锰元素选择257.610 nm,谱线受干扰最小,灵敏度均满足分析要求,并且所选元素谱线之间也无干扰.
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样品中同时存在Cu等微量元素对测定元素也无影响;试验了质量分数为60.0%的铌及质量分数为40.0%的铁的干扰,采用基体匹配法可消除.
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分析了6个相同铌铁样品,因铌铁不能溶解在单一的HNO3中,能溶解在HF与HNO3的混合酸中,固定HNO3加入量为5 mL,试验了HF用量对样品结果的影响,具体数据见表 2.
由表 2看出,加1 mL HF,经过30 min的时间仍然有明显的不溶物,而加入5 mL或6 mL氢氟酸时,样品最短在15 min左右反应完.但应避免溶解时间太长,样品反应完全氢氟酸的最小用量是5 mL,因此第5组比例的酸为最佳.
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选择了某个铌铁样品中硅成分,通过改变仪器功率、雾化气流量和辅助气流量参数,观察硅元素发射强度的变化(图 2-图 4).
由图 2可知,随着仪器射频功率的增大,测定元素的发射强度也呈线性增强,但功率过高会损坏仪器,因此射频功率选择1 300 W;由图 3看到,横坐标值在0.8时,元素的发射强度达到最大值,因此雾化气的流量选0.8 L/min;由图 4可知,横坐标值在0.2时,元素的发射强度达到最大值,所以辅助气流量选0.2 L/min.
2.1. 分析线的选择
2.2. 基体共存素干扰
2.3. 样品溶解条件试验
2.4. 仪器工作参数的选择
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通过精密度试验可看到,硅、铝、锰、钛元素的相对标准偏差均小于2.5%,方法的回收率在98%~102%之间;选择2个标准样品进行了准确度试验,其测得值与标准值之间的偏差能满足分析方法的要求.综上所述,通过使用适当比例的硝酸、氢氟酸和过氧化氢实现了室温下溶解样品;采用内标法和基体匹配法提高了方法的精密度和准确度,实现了电感耦合等离子体发射光谱法同时测定铌铁中硅、铝、锰、钛元素的目的,试验表明,方法准确、可靠,结果令人满意.