第9章原子光谱分析在冶金材料领域中的应用1概述.docx
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1、第9章原子光谱分析在冶金材料领域中的应用9.1概述原子光谱法在冶金工业中原料检验、生产过程控制和产品质量分析中,得到了广泛的应用。分析对象涉及钢铁、黑色金属、有色金属、贵金属、半导体、各种金属、合金材料以及周边产物、原材料,以及电子及电气产品(如废弃电路板、电池的阳-阴极板中都含有Au、Ag、CuFeZnSn及贵金属元素)等。测定的元素涉及到周期表中除人工放射性元素之外的几乎所有的元素。测定元素的含量范围从常量到痕量。钢铁的组成的主体为铁,银、铭、镒、铝、铝、铝等为次量元素。钢铁样品一般比较容易分解,常使用盐酸、硝酸、王水、硫酸、磷酸、氢氟酸、过氧化氢及其混合物如HCITNO3、HClTN(V
2、HClol以及HCl-H2O2进行分解。当含Cr及W量高时,可在微热HCl中,滴加少量HNO3;含W高的样品,用牍0眼04混酸冒烟处理,以防W沉淀;高温合金钢成分复杂,除Ni、CnCO之外,还含有分V、AkTi等,最好先用HClTNO3溶解,再转为HzSOEMOi介质测定;含硅的样品用氢氟酸除硅,极少数情况下推荐使用熔融法处理样品。采用加压溶样和微波溶样法处理钢铁及高温合金样品,可以加速样品的处理过程。有关样品的预处理的详细论述,请参见本书第6章。钢铁冶金材料的分析,涉及到的分析方法有化学分析法、电化学分析法、光谱分析法、质谱分析法、X射线荧光分析等各种分析方法,其中原子光谱法占有重要的地位,
3、包括原子光谱分析法的各个分支:原子发射光谱法、原子吸收光谱法和原子荧光光谱法。在钢铁和冶金材料分析上,多采用电感耦合等离子体-原子发射光谱法,可以进行多元素同时测定,尤其是分析稀土元素具有独特的优越性,分析速度快。作为仪器相对价廉,灵敏度又高的原子吸收光谱也广泛用于冶金材料分析中,对于要求分析检出限很低的元素时,石墨炉原子吸收法是一种有效的分析工具;分析能形成氢化物的元素碑、睇、钿、铅、锡、硒、锦等元素可采用氢化物发生-原子吸光谱收法或氢化物发生-原子荧光光谱法测定。许多原子光谱法己列为分析钢铁及合金的国家标准分析方法,成为产品质量控制及仲裁方法。9.2钢铁及合金分析9.2.1钢铁分析9.2.
4、1.1电感耦合等离子体原子发射光谱测定钢铁中全硅E方法提要用标准加入法消除基体干扰,电感耦合等离子体原子发射光谱测定钢铁中全硅仪器与试剂VISTA-MPX型电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国Varian公司)。500mgL的硅标准储备溶液(钢铁研究总院)混合熔剂(碳酸钠+硼酸,P=2+1)研磨至小于0.2mm,并混匀。高纯铁粉。盐酸和硝酸为优级纯,实验用水为超纯水。分析步骤样品制备:称取O.l0,4g(精确到0.00Olg)样品,置于100mL聚四氟乙烯烧杯中,加入10mL水,1OmL混酸(HCl+HNO-=4+1),低温溶解(酸量不足时可补加)至样品消解完全。当反应停止后,用定量滤纸过滤,
5、滤液收集于250mL聚四氟乙烯烧杯中。用30mL水洗杯壁和滤纸,定量转移到滤纸上。将滤纸与残渣置于伯金川埸中,干燥,灰化,在高温炉中于950下灼烧。冷却后,加0.25g混合熔剂,再覆盖一层0.25g混合溶剂,在950高温炉中熔融IOmin。冷却后,榛干净生烟外壁,将生烟置于盛有滤液的250mL烧杯中,缓慢搅拌使熔融物溶解,用水洗净用埸,缓慢加热试液,浓缩至50mL。取下,冷却。将试液转移至100lnL聚乙烯容量瓶中容量瓶中,用水定容。称取与样品相同量的高纯铁粉,同法制作试剂空白。测定条件:分析线波长Si251.611run。高频发生器功率LlKW。冷却气流量15Lmin,辅助气流量1.5Lmi
6、n,雾化气压力180kPa。蠕动泵转速15rmin,清洗时间30S0观测高度13nun,读数时间5s。标准加入法定量。(4)方法评价分析电工钢GBwoI386、碳钢GBWoI215和碳钢GBwOI215三个钢铁标样,7次测定平均值与标准值一致,相对误差分别为0%、0.77%和2.5%,RSD分别为0.24%.0.54%和1.2%。校正曲线线性动态范围为O.l10mgL方法适用硅的测量范围为0.02%2.0%(质量分数)。分析低碳硅钢1、轴承钢2、碳素钢3和低合金钢4,测定结果与还原硅钳酸盐分光光度法的测定结果彼此相符。(5)注意事项用标准加入法可以消除大量的Fe、Na、B产生的基体干扰。9.2
7、.1.2电感耦合等离子体原子发射光谱法测定不锈钢中8种金属元素12】(1)方法提要以钮为内标元素,选择了不受干扰的分析线,ICP-AES测定不锈钢中Ni、CrCuMnP、Si、MO和Tio(2)仪器与试剂iCAP6300全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱仪。1000mg/L铝、银、铜、镒、磷、钳、钛、钮标准储备溶液,500mg/L硅标准储备溶液。标准储备溶液的配制方法参见本书附录3.混合标准溶液系列中各元素的质量浓度高低搭配。盐酸、硝酸均为优级纯。高纯铁(纯度大于99.99%。实验用水为去离子水。分析步骤样品制备:称取0.10OOg屑状不锈钢试样,置于100mL钢铁量瓶中,加入IomL混酸(
8、HNO3+HCl+H2O,*=1+3+6),低温溶解,待试样全部溶解后,加入IOmL100mgLY内标溶液,加热煮沸。取下冷却,用水定容。测定条件:分析线波长分别是Cr357.869.Cu327.396,Mn257.610,Mo202.030,Ni231.604,P178.284,Si251.611,和Ti337.280nm0高频发生器频率27.12MHz,输出功率L15KW。冷却气流量12Lmin,辅助气流量O.5Lmin,蠕动泵转速50rmin,观测高度12mm,。(4)方法评价分析不锈钢标准样品(GBWOI655)中的Cr、CuMn.Mo、Ni、P、Si和Ti,测定值与标准值一致,RSD
9、(n=7)分别为0.32%、0.55%、0.33%5.06%0.31%、2.50%、0.43%和4.66%.分析其他12种不锈钢标样,测定值与标准值吻合,RSD为0.31%5现。各元素校正曲线的线性动态范围上限分别为300、10、50、50、300、1.0、10和IOmg/L。注意事项采用与Y内标元素,以发射强度比值制作校正曲线测定样品,能够消除基体与分析条件波动的影响。用混酸(HNO3+HCl+0,7=1+3+6)溶样,在15min之内能溶样完全。9.2.1.3电感耦合等离子体原子发射光谱法测定帘线钢中痕量钛网方法提要用王水溶解试样、4-甲基-2二戊酮萃取分离铁,压力-微波消解溶样或硫酸溶样
10、,ICP-AES法测定了帘线钢中痕量钛。仪器与试剂IRISAdVantagC全谱直读等离子体原子发射光谱仪(美国TJA公司)。1000mg/mL钛标准储备溶液用光谱纯金属钛配制,配制方法参见本书附录3。高纯铁(w99.999)o盐酸、硝酸、氢氟酸、硫酸、高氯酸、均为优级纯,4-甲基-2-戊酮为分析纯。实验用水为去离子水。(3)分析步源样品制备:称取0.2000g试样,置于聚四氟乙烯高压消解罐中,加入20矶王水,和0.1mLHF或10mLHCL2mL过氧化氢,0.1mL氢氟酸,轻轻摇动消解罐,盖上罐盖,将消解罐装入微波消解装置内,按消解程序消解。消解压力为20Pa,时间为5min,溶解后,冷却后
11、转移至聚四氟乙烯烧杯中,加入2mLHzSO“加热冒烟驱尽氢氟酸。冷却,加水溶解盐类,转移到50mL容量瓶定容。同时制做试剂空白溶液。测定条件:分析线波长Ti334.941nm和Ti323.452nmo高频发生器功率1.15kWo辅助气流量0.50Lmin,载气流量0.75Lmi11o泵转速100rmin,雾化器压力0.179MPao吹扫气流量4Lmi11o(4)方法评价使用Ti334.941nm和Ti323.452nm,检出限(3s,n=10,以质量浓度W计)分别为0.000007%和0.000009%。测定美国低合金钢标准样品和帘线钢样品中的痕量钛,测定值与标准值相符,加标回收率分别为97,
12、68%103.12%与95,38%1035与。RSD(n=ll)分别为3.21%9.20%和4.35%9.81%。(5)注意事项基体Fe的光谱干扰很严重,推荐选择分析线Ti323.452nm(谱级104)及Ti334.94Inm(谱级IO0)。Si、Mn、P、AI等对测定Ti无干扰。在配制校正曲线时,标准溶液系列中应加入与试样基体相匹配的高纯铁量。9.2.1.4电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铁银合金钢中的Cr、Co、Mn.MoH方法提要铁银合金中Fe质量分数占70%左右,Ni占20%左右,其中尚含有Cr、Co、MnMo等元素,用ICP-AES测定铁银合金中的Cr、Co、Mn,Mo,仪器与试
13、剂ICP-8000型电感耦合等离子体原子发射光谱仪(天瑞信息技术有限公司),AA-6300型原子吸收光谱仪(日本国际贸易有限公司)。1000mgLCr.Co、Mn、Mo标准储备溶液(国家有色研究总院)。铁锲合金样品(辽城莱鑫超硬合金材料有限公司)盐酸、硝酸、过氧化氢均为优级纯。氤气纯度99.99%。实验用水为实验室一级水。分析步骤样品制备:称取0.5000g样品,置于100InL烧杯中,加少量水润湿,加入10mL混酸(HCI+HNO3+H2O,9=3+1+2)缓缓加热,当样品完全溶解后(若有少量黑渣,冷却至室温后,再滴加25滴乩。2振荡)用水洗烧杯壁再继续加热,当体积少于IOmL时,转移至10
14、0mL容量瓶中,用水定容。同时制做空白溶液。用2%的HNOs逐级稀释1000mg/L的Cr、Co、Mn及MO标准储备液配制混合标准溶液系列,制作校正曲线。测定条件:高频发生器频率40.68MHz,入射功率1.2kW冷却气气流量16Lmin,辅助气流量0.8Lmin,载气流量0.4L/min。雾化器压力0.2MPa。轴向观测。(4)方法评价测定Cr.Co、Mn及Mo的分析线波长、检出限、RSD、回收率及结果对照列于表9-10校正曲线线性动态范围上限为10.00mgL0表9T分析线波长、检出限、RSD、回收率及结果对照分析线波长nm检出限mgLRSD%回收率/%测定结果对照mgLICP-AES法A
15、AS法Cr267.7240.0062.62102.52.7142.720Co238.8920.0072.7798.64.7724.781Mn257.6100.0072.2897.21.2861.292Mo202.0340.0072.93101.31.2261.245(5)注意事项试验中的光谱和基体干扰,通过合理选择分析线和扣除背景点位置,正确扣除背景来消除。9.2.1.5火焰原子吸收法测定合金钢中的铭(1)方法提要采用富燃乙焕-空气火焰,以氯化锯为增感剂,火焰原子吸收光谱法测定合金钢中的铭。(2)仪器与试剂AA-6650型原子吸收光谱仪(日本国际贸易有限公司)。100g/L锢标准储备溶液由氯化
16、锢配制,配制方法参见本书附录3。铁粉纯度99.99%。盐酸、硝酸、过氧化氢皆为优级纯,实验用水为去离子水。分析步骤样品制备:称取0.500Og合金钢试样,置于IOomL锥形瓶中,加入IomL混酸(HCI+HNOJ,滴加数滴HQ?,加热溶至试样完全溶解。加热煮沸分解过量的过氧化氢,冷却至室温,移入IOomL容量瓶中,以水稀释至刻度(若溶液混浊,需干过滤)。移取IonIL试样溶液,置于IOomL容量瓶中,加入IOmLlOog/L氯化锢溶液,以水稀释至刻度,混匀。以纯铁溶液调零,测定吸光度。用同样方法配制铭浓度范围为0.007.5gmL标准溶液系列,其中含有与样液等量的基体和氯化锢。测定条件:分析线
17、波长Cr357.9nm。空心阴极灯电流IOmA,光谱通带0.2nm。富燃性火焰,乙快气流量3.5Lmin,空气流量8.0L/min。(4)方法评价测定3种合金钢的加标回收率为80%-100%o校正曲线线性动态范围上限为12.5Ug/mLo9.2.1.6用氧化错改性二氧化硅富集-氢化物发生原子吸收光谱在线测定钢中无机碑(1)方法提要用SiO2ZZrO2为固相吸附剂的在线预富集碑,用L半胱氨酸还原样品中的无机碑到As(IIl),氢化物发生-原子吸收光谱在线测定无机碑仪器与试剂流动注射-氢化物发生-原子吸收光谱仪系统。L-半胱氨酸,NaBH4,HCl所用试剂均为分析纯或优级纯。实验用水为去离子水(1
18、8.2M.cm)o分析步骤样品制备:准确称量(20-60mg)标准参考物质NlSTSRM361,362,363和364,分别置于各个IoOmL烧杯内,各加入15mLHN(,仔细加热至近干,转移到合适容量瓶内定容。移取2mL样液到IoOinL烧杯,加入0.lgL半胱氨酸,用稀NaOH调节PH到3.5,转移到100mL容量瓶内用水定容。用0.l%(wv)L-半胱氨酸还原AS(V)到ASAn),调节溶液PH3.0-10.0,以流量3.2mLmin通过含7mgSiO2ZrO2(lOO-23mesh)玻璃柱(g3mm,h=35mm).AS(HD吸附保留,预富集时间是120s,富集因素20。用3molLH
19、Cl以流量3.2mLmin淋洗柱7s,浓集物存储到150UL反应环管。P=1.0%NaBH储存FbHGAAS系统的另一反应环管。用N2(9mLmin)将在线发生的As%载带到绕有Ni-Cr丝的石英池原子化。测定条件:As波长193.7nm光谱通带0.5nm,空心阴极灯电流IOnIA。D?灯校正背景。(4)方法评价检出限和定量限分别是0.05和0.35gL,RSD99.99%),加入2mLHCl,加热溶解,冷却后加入20mL硫酸(=1+1),用水定容到IOomL容量瓶中。25gL硼氢化钾的5gL的NaOH溶液,现用现配。酒石酸、硫胭、抗坏血酸、EDTA(固体)为分析纯,盐酸、硝酸均为优级纯。实验
20、用水为二次去离子水。分析步骤样品制备:称取0.15OOg样品于100nlL烧杯中,加入2mLHCb加热溶解,缓慢加入InlLHNO3,蒸发至近干。取下冷却,加入5mL0.24molLHCI溶解盐类至溶液清亮。冷却后移入25mL容量瓶中,用0.24mol/LHCl定容。吸取ImL试液置于IOmL比色管中,加入2mL酒石酸,2mL50gLEDT,0.6mLHCl(7=1+1),用水定容。同时制备空白溶液。氢化物发生的优化条件是:HCl介质浓度为0.36molL,0.48mol/L的盐酸作为载流酸,用25gLKBHl为还原剂发生氢化物。测定条件:分析线波长Sn189.99nm。光电倍增管负高压340
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- 原子 光谱分析 冶金 材料 领域 中的 应用 概述
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