鋼研納克Plasma1000 ICP光譜儀測定車用耐火材料中鐵、鈦、鋯元素的含量
(1. 鋼鐵研究總院, 北京 100081；2. 鋼研納克檢測技術有限公司,北京 100081)
摘要： 采用電感耦合等離子體光譜法對耐火材料中的礬土中鐵、鈦元素進行測定及含鉻磚中鋯含量的測定。采用酸溶回渣進行樣品前處理，并對樣品進行加標回收實驗，其加標回收率在97%-104%之間，且標準曲線線性系數(shù)在0.999之上。
關鍵詞：ICP-AES; 耐火材料；礬土；含鉻磚
目前耐火材料的測定大多采用容量法和分光光度法，在分析過程中需要嚴格控制溶液的各項條件，操作復雜，繁瑣，而采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法不僅可以多元素同時測定，同時具有靈敏度高，干擾少等優(yōu)點。本次采用電感耦合等離子體光譜法對耐火材料中的礬土中鐵、鈦元素進行測定及含鉻磚中鋯含量的測定，速度快，并取得了很好效果。
1 實驗部分
1. 儀器及參數(shù)
Plasma1000單道掃描電感耦合等離子體光譜儀（鋼研納克檢測技術有限公司）；
鹽酸，ρ≈1.18 g/ml,優(yōu)級純，北京化工廠；
硝酸，ρ≈1.42g/ml, 優(yōu)級純，北京化工廠；
Zr、Fe、Ti的標準溶液質(zhì)量濃度均為1000 μg/ml，國家鋼鐵材料測試中心；
硼酸，分析純；
碳酸鈉，分析純；
碳酸鋰，分析純；
四硼酸鋰，分析純
所用溶液用水均為二次去離子水。
1.2 ICP-AES儀器工作條件
高純氬（純度≥99.999%），光柵為3600條/mm。
參數(shù)設置：功率1.15 Kw,冷卻氣流量18.0 L/min，輔助氣流量0.8 L/min,載氣流量0.2 L/min,蠕動泵泵速20 rpm,觀測高度距功率圈上方12 mm，同軸玻璃氣動霧化器，進口旋轉(zhuǎn)霧室，三層同軸石英炬管，中心管2.0 mm。
1.3 樣品處理
1.3.1 含鉻磚的測定
稱取1g硼酸碳酸鈉混合試劑于鉑金坩堝中，稱取試樣0.05g于硼酸碳酸鈉上，而后樣品上在覆蓋1g硼酸碳酸鈉試劑，放入馬弗爐中灼燒，先緩慢升溫至800℃，于800℃保持20分鐘，而后升溫至1050℃，保持1h。取出冷卻，放入1:1的鹽酸中溶出樣品，而后定容至100ml塑料容量瓶中。加入1ml氫氟酸。定容，搖勻待測。
1.3.2 礬土的測定
稱取2g碳酸鋰-無水四硼酸鋰混合試劑于鉑金坩堝中，稱取試樣0.2g于碳酸鋰：無水四硼酸上，而后樣品上在覆蓋2g碳酸鋰-無水四硼酸試劑，放入馬弗爐中灼燒，先緩慢升溫至800℃，于800℃保持20分鐘，而后升溫至1100℃，保持0.5h。取出冷卻，放入1:1的鹽酸與氫氟酸溶出樣品，而后定容至100ml塑料容量瓶中。定容，搖勻。分取10ml到100ml容量瓶中，定容，搖勻待測。
2 結(jié)果與討論
2.1 分析譜線的選擇
對于同一種元素， ICP-AES 可以有多條譜線進行檢測，但是由于基體和其他元素的干擾，并不是所有的譜線都適用。進行光譜掃描后，根據(jù)樣品中各待測元素的含量及譜線的干擾情況，選其靈敏度適宜，譜線周圍背景低，且無其他元素明顯干擾的譜線作為元素的分析線，結(jié)果見表1。
表1 各元素分析線(nm)
元素 Zr Fe Ti
波長 343.823 259.940 307.211
在進行譜線選擇時，需要注意背景及干擾情況，選擇盡量將背景位置定在盡可能平坦的位置，注意要無小峰，同時左右背景的平均值盡可能與譜峰背景強度一致。
2.2 實際樣品的測定
2.2.1校準曲線
實際樣品按照本文方法進行分析，校準曲線線性相關系數(shù)如表2
表2 實際樣品校準曲線線性相關系數(shù)
元素 Zr Fe Ti
相關系數(shù) 0.9993 0.9995 0.9996
在校準曲線配置時，由于在樣品基本為高鹽樣品的混合溶液，所以并必須進行基體匹配。需在標準曲線中加入相應量的鹽以配備樣品中的鹽度。含鉻磚需加入鉻元素作為基體打底。
2.2.2 測定結(jié)果
稀土水溶液實際樣品按照本文方法進行分析，其配分結(jié)果見表3.
表3 實際樣品分析配分結(jié)果（%）
樣品名稱 Zr Fe Ti
含鉻磚 1.592 - -
礬土 - 1.781 2.635
2.2.3 加標回收率結(jié)果
表4 各元素加標回收率（%）
分析元素 加入量
% 實際值
% 檢出量
% 回收率
%
Zr 1.5 1.59 3.05 97%
Fe 1.5 1.78 3.34 104%
Ti 3 2.63 5.58 98%
3 結(jié)論
本方法使用堿融處理樣品, ICP- AES法測定耐火材料含鉻磚中的鋯元素，礬土中的鐵與鈦元素。具有樣品前處理簡便、有效待測元素損失較少、分析精密度高及分析速度快等有點。此方法快速、簡便、準確, 適用于耐火材料含鉻磚中的鋯元素，礬土中的鐵與鈦元素的含量的測定。

鋼研納克Plasma 2000ICP光譜儀測定土壤中無機污染物--全國土壤污染狀況詳查實驗室
2016年5月31日印發(fā)了《土壤污染防治行動計劃》（簡稱《土十條》），對今后一個時期我國土壤污染防治工作做出了全面戰(zhàn)略部署。根據(jù)該計劃，土壤詳查計劃目前已經(jīng)正式開啟，相關檢測工作相繼大規(guī)模的開展。作為土壤詳查計劃的項檢測要求，土壤中無機污染物的檢測尤為重要。
依照HJ 781-2016檢測標準，采用鋼研納克Plasma 2000型全譜電感耦合等離子體光譜儀，建立起對土壤中Be、Cr、V、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Sb、Pb 等元素的檢測分析方法。
表1 Plasma 2000性能指標
指標名稱 性能指標
輸出功率 800-1600W
波長范圍 165-900nm
檢出限 ppb量級
1 技術亮點
（1） 分析速度快，同時測定土壤中所有待測元素；
（2） 優(yōu)良的光學系統(tǒng)，高精度的光室恒溫系統(tǒng)，保證儀器優(yōu)良的長短期精度；
（3） 人性化的軟件設計，分析流程全自動化控制，操作方便，終身免費升級。
2 樣品前處理
稱取0.25g土壤標準物質(zhì)，放置于微波消解罐中，加硝酸、鹽酸、氫氟酸、雙氧水后進行微波消解。冷卻后取下，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯燒杯中，加入高氯酸冒煙至膠狀盡干，冷卻后加入一定量硝酸后，回溶樣品，轉(zhuǎn)移至容量瓶，加入內(nèi)標，定容至25mL。
3 分析結(jié)果
表2分析譜線、檢出限及R2
元素 分析譜線（nm） 檢出限(μg/g) R2 GB15618-1995
一級 元素 分析譜線（nm） 檢出限(μg/g) R2 GB15618-1995
一級
Be 313.107 0.009 0.9999 -- Ni 231.604 1.6 1.0000 40
Co 230.786 0.81 0.9999 -- Pb 220.353 5.15 1.0000 35
Cr 267.716 0.36 1.0000 90 Sb 206.833 8.25 0.9998 --
Cu 327.396 1.30 1.0000 35 V 292.464 0.83 0.9999 --
Mn 257.610 0.061 0.9999 -- Zn 202.548 0.53 0.9999 100
表3 土壤標準物質(zhì)中元素測試結(jié)果(μg/g)
標樣 GBW07404（GSS-4） GBW07405（GSS-5）
元素 認定值 測定值 SD（n=11） RSD（n=11） 認定值 測定值 SD（n=11） RSD（n=11）
Be 1.85±0.34 1.54 0.02 3.88 2.0±0.4 1.68 0.009 0.44
Co 22±2 20.29 1.02 3.75 12±2 10.08 0.37 2.40
Cr 370±16 367.81 14.67 3.59 118±7 112.59 0.44 0.37
Cu 40±3 43.53 2.40 4.82 144±6 141.39 1.03 0.67
Mn 1420±75 1419.00 40.41 2.81 1360±71 1334.46 13.81 1.06
Ni 64±5 64.81 2.23 3.31 40±4 39.68 0.58 1.80
Sb 6.3±1.1 -- -- -- 35±5 34.43 6.27 17.17
Pb 58±5 61.08 5.07 6.47 552±29 536.34 3.80 0.63
V 247±14 248.06 10.32 3.74 166±9 156.75 0.62 0.37
Zn 210±13 208.15 8.08 3.42 494±25 477.12 2.15 0.42
4 結(jié)論
依照HJ 781-2016檢測標準，采用鋼研納克Plasma 2000型全譜電感耦合等離子體光譜儀測定土壤標準樣品中Be、Cr、V、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Sb、Pb十種無機污染物元素含量。方法滿足標準中對應元素的檢測范圍，檢出限遠低于GB 15618-1995 土壤環(huán)境質(zhì)量標準中規(guī)定的要求。具有多元素同時分析、分析速度快等優(yōu)點，檢測結(jié)果與標準值相符。檢測設備和方法滿足環(huán)保部《全國土壤污染狀況詳查實驗室篩選技術規(guī)定》的要求，可在全國土壤污染狀況詳查實驗室應用推廣。

鋼研納克國產(chǎn)ICP光譜儀測定硅鐵中雜質(zhì)元素含量
（鋼鐵研究總院，北京，100081）
摘要：硅鐵標準樣品于250mL聚四氟乙烯燒杯中，150℃下加入10 mL 王水，并逐滴加入HF，至樣品全部溶解，利用電感耦合等離子體光譜法測定硅鐵中Al、Ca、Cr、Cu、Mn、Ni、P和Ti等8種雜質(zhì)元素含量。優(yōu)化了儀器工作條件，對比了不同元素各譜峰的相互干擾，選擇各元素的合適譜線。雜質(zhì)元素的檢出限在0.33μg/g ~ 22.92μg/g之間，相對標準偏差（RSD，n=11）均小于5%，該方法適用于硅鐵樣品中痕量雜質(zhì)元素的測定。
關鍵字：硅鐵；電感耦合等離子體光譜法；雜質(zhì)元素
在硅鐵生產(chǎn)中，除了生成氣態(tài)組分外，隨爐料帶入到其他元素會被還原并作為硅鐵產(chǎn)品的組分而流出。因此，硅鐵產(chǎn)品中存在著多種雜質(zhì)元素，如Al、Ca等。隨著科學技術的不斷發(fā)展，煉鋼工藝的不斷革新和成熟，對硅鐵中雜質(zhì)元素的要求越來越嚴格。本實驗采用某一硅鐵標準樣品進行消解，并在自主研發(fā)的Plasma 2000型全譜電感耦合等離子體光譜儀上對硅鐵標準樣品中的Al、Ca、Mn、Cr、Ti、Cu、P和Ni 等8種雜質(zhì)元素進行測定，為硅鐵行業(yè)的持續(xù)發(fā)展保駕護航。
1 實驗部分
1.1 主要儀器及技術特點
Plasma 2000電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（鋼研納克檢測技術有限公司）。
RF頻率：27.12 MHz
分析功率：1100W
工作氣體： 冷卻氣 13.5 L / min
輔助氣 0.50 L / min
載氣 0.45 L / min
1.2 主要試劑
Al、Ca、Mn、Cr、Ti、Cu、P和Ni標準溶液（國家鋼鐵材料測試中心）：1000 μg/ml；
鹽酸：優(yōu)級純，ρ=1.18 g/ml（北京化學試劑研究所）；
硝酸：優(yōu)級純，ρ=1.50 g/ml（北京化學試劑研究所）；
氫氟酸：優(yōu)級純，ρ=1.14 g/ml（北京化學試劑研究所）；
標準樣品：GBW 01432
實驗用水均為超純水，電阻率≥18 MΩ·cm3；
氬氣：純度ωAr > 99.999 %（北京誠維峰氣體有限公司）。
1.3 實驗方法
1.3.1 樣品制備
樣品消解：準確稱取硅鐵標準樣品1.0000 g，置于250 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入10 mL 王水，放在150℃的加熱板上加熱溶解，逐滴加入HF，至樣品全部溶解，取下冷卻至室溫后，定容至100 mL塑料容量瓶中。
隨同試樣做空白實驗。
1.3.2 標準曲線的配制
在7個100 mL容量瓶中，分別加入Al、Ca、Mn、Cr、Ti、Cu、P和Ni等標準溶液，使得上述元素分別在7個容量瓶中的含量如下表1所示，加入超純水定容至刻度。
表1 8個元素的標準曲線
元素 S0 S1 S2 S3 S4 S5
Al 0 0.1% 0.3% 0.5% 0.7% 0.9%
0 1000μg 3000μg 5000μg 7000μg 9000μg
Ca 0 0.03% 0.06% 0.09% 0.12% 0.15%
0 300μg 600μg 900μg 1200μg 1500μg
Cr 0 0.002% 0.005% 0.008% 0.01% 0.015%
0 20μg 50μg 80μg 100μg 150μg
Cu 0 0.03% 0.06% 0.09% 0.12% 0.15%
0 300μg 600μg 900μg 1200μg 1500μg
Mn 0 0.03% 0.06% 0.09% 0.12% 0.15%
0 300μg 600μg 900μg 1200μg 1500μg
Ni 0 0.01% 0.03% 0.05% 0.07% 0.1%
0 100μg 300μg 500μg 700μg 1000μg
P 0 0.005% 0.01% 0.02% 0.05% 0.1%
0 50μg 100μg 200μg 500μg 1000μg
Ti 0 0.01% 0.03% 0.05% 0.07% 0.1%
0 100μg 300μg 500μg 700μg 1000μg
2 結(jié)果與討論
2.1 儀器工作參數(shù)的選擇
儀器調(diào)節(jié)的主要指標是靈敏度，通常采用含有Mn元素的波長校正液（5μg/ml）對儀器的載氣流量和炬管準直進行優(yōu)化調(diào)節(jié)實驗。
2.1.1 載氣流量調(diào)節(jié)
以Mn元素（5μg/ml）波長校正液為依據(jù)，對新安裝的進樣系統(tǒng)進行調(diào)試。實驗得到的載氣流量為：載氣流量 0.45 L/min。
2.1.2 炬管準直調(diào)節(jié)
以Mn元素（5μg/ml）波長校正液為依據(jù)，對新安裝的進樣系統(tǒng)進行調(diào)試。實驗得到的炬管準直為（X:2，Z:2）。
2.2 基體元素干擾和元素譜線選擇
在ICP-OES測定中，基體效應對待測元素產(chǎn)生抑制或增強作用，對測定結(jié)果有明顯的影響。在硅鐵雜質(zhì)元素的測定中，由于硅本體已經(jīng)和HF生成SiF4氣體并加熱揮發(fā)，因此主要考慮Fe基體對所測定元素的影響。表2給出了8個雜質(zhì)元素的靈敏譜線和相關的干擾元素，并終確定各元素的分析譜線。
表2 各元素分析譜線
Table 2 Analytical Line of the elements
元素
Elements 譜線選擇
Choose Line / nm 分析譜線
Analytical Line / nm
Al 308.215，存在V308.211干擾
394.401，附近無干擾，強度低
396.152，存在Mo396.150干擾，強度高 308.215
Ca 396.847，附近無干擾，強度高
422.673，存在Al422.682干擾 396.847
Cr 267.716，附近無干擾，強度高
206.149，附近無干擾，強度低 267.716
Cu 327.396，附近無干擾，強度低
324.754，附近無干擾，強度高 324.754
Mn 257.610，附近無干擾，強度高
259.373，存在Fe259.373干擾 257.610
Ni 231.604，附近無干擾，強度高
216.556，附近無干擾，強度低
341.476，附近無干擾，強度低 231.604
P 177.499，無譜圖
178.287，無譜圖
185.943，觀測不到
213.618，存在Cu213.698干擾，但是觀察譜圖，可以區(qū)分開
214.914，附近無干擾，強度低 213.618
Ti 336.121，附近無干擾，強度高
334.941，附近無干擾，強度低 336.121
2.3 各元素校準曲線
根據(jù)樣品中各個元素的含量，將配制好的標準溶液（1.3.2）使用Plasma 2000進行校準測定。以各個元素的質(zhì)量分數(shù)對譜線強度繪制校準曲線，其線性回歸方程及相關系數(shù)見表3所示。
3 結(jié)論
采用納克公司生產(chǎn)的Plasma 2000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定硅鐵標準樣品中的Al、Ca、Cr、Cu、Mn、Ni、P、Ti等8種元素，可一次性完成對多種元素的測定，測量準確度和精密度良好，方法簡便快速，適用于各級檢驗機構進行多批次、多項目產(chǎn)品的元素檢測。
參考文獻：
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[2] 陳琪, 鄭毅, 賈永濤, 等. 硅鐵生產(chǎn)中雜質(zhì)元素的控制[J]. 鐵合金, 2013, 190 (5): 15-17.
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ICP-OES法測定工業(yè)硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti的含量
工業(yè)硅是一種重要的工業(yè)原料，廣泛應用于冶金、化工、電子等行業(yè)。其中雜質(zhì)含量的存在嚴重影響工業(yè)硅的品質(zhì)，如其通常按金屬硅成分所含的鐵、鋁、鈣三種主要雜質(zhì)的含量來分類。根據(jù)國標GB/T 2881-2014 工業(yè)硅要求，對其常規(guī)元素Fe、Ca、Al及微量元素B、P、Ti做出了要求。本文采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定工業(yè)硅中雜質(zhì)，方法快捷簡單，結(jié)果準確，適用于工業(yè)硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti的含量測定。
使用儀器：鋼研納克檢測技術股份有限公司 Plasma 1000 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀
Plasma 1000 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀
儀器特點：
優(yōu)良的光學系統(tǒng)，先進的控制系統(tǒng)，保證峰位定位準確，信背比優(yōu)良；
RF輸出功率的范圍750-1500W，輸出功率穩(wěn)定性小于0.1%；
測量范圍寬，超微量到常量的分析，動態(tài)線性范圍5—6個數(shù)量級。
Plasma 1000工作條件
載氣流量（L/min） 輔助氣流量（L/min） 冷卻氣流量（L/min）
0.6 2 15
RF功率（W） 光柵刻線 蠕動泵轉(zhuǎn)速（rpm）
1250 3600條/mm 20
實驗方法
稱取一定量工業(yè)硅樣品，加入一定比例的混酸，使用微波消解儀消解。待樣品冷卻后取出，定容至100ml容量瓶待測。
分析譜線的選擇
表2 Plasma 1000譜線選擇
元素 B Al Ca
譜線（nm） 249.678 396.152 396.847
元素 Fe P Ti
譜線（nm） 238.204 213.618 336.122
標準曲線繪制
B、Al、Ca、Fe、P、Ti標準溶液（國家鋼鐵材料測試中心，1000μg/mL）
配制曲線濃度如表3 ，線性相關系數(shù)大于0.999。
表3 標準曲線濃度（μg/mL）
元素名稱 標準1 標準2 標準2 標準3 標準4
B 0 0.1 0.5 1 5
Al 0 1 5 10 20
Ca 0 0.1 0.5 1 5
Fe 0 10 20 50 100
P 0 0.1 0.5 1 10
Ti 0 0.5 1 5 10
方法檢出限
表 3 方法檢出限（%）
元素 B Al Ca
檢出限 0.00003 0.000061 0.0003
元素 Fe P Ti
檢出限 0.000051 0.00138 0.00006
測定結(jié)果及加標回收率
在實際樣品中加入被測元素，其加標回收率93.9%-114.6%為之間，滿足定量要求。
表4 實際樣品分析結(jié)果（%）
元素 樣品測定值 加入量 加標測定值 加標回收率%
B 0.0022 0.002 0.0040 93.9
Al 0.1057 0.2 0.3166 105.4
Ca 0.0253 0.05 0.0810 111.5
Fe 0.6139 0.5 1.1867 114.6
P 0.0055 0.01 0.0158 102.9
Ti 0.0455 0.05 0.0995 108.0
結(jié)論
本方法采用plasma 1000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定工業(yè)硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti的含量，方法檢出限為0.00003%-0.00138%之間，加標回收率介于93.9%-114.6%之間，適用于工業(yè)硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti等元素的檢測。