第３３卷第５期 ２０１１年ｌＯ月 山 东 Ｓｈａｎｄｏｎｇ 冶 金 Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｖ０１．３３ Ｎｏ．５ ０ｃｔｏｂｅｒ ２０１ １
试验研究；
ＩＣＰ—ＡＥＳ法测定硅铝钡铁合金中ＡＩ、Ｂａ等９种元素含量
张殿英，刘伟 （济钢集团有限公司科技质量部，山东济南２５０１０１）
摘要：采用电感偶合等离子体分析技术，通过优化电感偶合等离子体光谱仪的工作参数、分析条件，选取仪器最佳分析参 数和分析条件，以ＨＮＯ 、ＨＦ、ＨＣＩＯ 处理样品，稀盐酸浸取，完成硅铝钡、硅钙钡和硅钙钡铝铁合金中Ａｌ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｃｕ、 ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ９种主次量元素成分的同时测定，方法的回收率达９６％～１０４％，相对标准偏差＜１．５％，能够满足快速分析的要求。 关键词：ＩＣＰ—ＡＥＳ；硅铝钡铁合金；铝；钡 中图分类号：０６５７＿３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—４６２０（２０１ １）０５—０１ ｌ５一Ｏ３
硅铝钡合金是一种新型的铁合金材料，主要用
于炼钢生产中作脱氧剂和铸铁生产中作孕育剂。
由于其优越的脱氧效果，在钢铁１ 业中得到Ｅｔ益广 泛的应用。 硅铝钡合金中钡的测定根据其含量的不同而
采用光度法、容量法和重量法。其中光度法一般仅
适用于低钡的测定；滴定法有共存元素干扰测定；
硅钡合金中钡的测定一般采用的硫酸钡重量法； 铝、铁的测定则分别采用ＥＤＴＡ容量法、重铬酸钾容
量法；微量金属元素Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃａ主要采用原
子吸收火焰光度法测定；Ｐ仍然需要用化学光度
法。因此，硅铝钡传统的分析步骤繁琐，分析周期
较长，速度慢，不能满足现代生产科研对硅铝钡中 各元素含量的数据需求。
本研究采用电感偶合等离子体分析技术…，全
面系统地对硅铝钡中Ａｌ、Ｂａ等９种元素逐一进行扫
描，试验分析样品溶解和共存离子对测定结果的影
响。选择仪器最佳工作条件，完成了硅铝钡中Ａｌ、 Ｂａ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ ９种主次量元素成分的
同时、快速、准确的测定。
１ 实验部分
１．１ 主要试剂
硝酸（浓）、氢氟酸（浓）、高氯酸（浓）、盐酸（浓）
均为优级纯；盐酸（１＋１）。 Ａｌ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｐ标准储备溶液
１ ０００ ｇ／ｍＬ，用时稀释为１００ ｇ／ｍＬ。 Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ混合标准溶液：分别移取Ｐ标 准溶液（１ ０００．０ ＩＸ ｇ／ｍＬ）５．Ｏ０ ｍＬ；Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ标准溶
液（１ ０００．０ ｇ／ｍＥ）各１０．Ｏ０ ｍＬ；Ｍｎ标准溶液
（１ ０００．０ ｇ／ｍＬ）２０．Ｏ０ ｍＬ于１００ ｍＬ容量瓶中，稀释
收稿日期：２０１１－０８—０８ 作者简介：张殿英，女，１９６０年生，１９８２年毕业于中南矿冶学院冶金 分析专业。现为济钢科技质量部副部长，研究员，从事分析技术、 方法研究及管理工作。 至刻度，混匀。此溶液１ ｍＬ含５Ｏ ｇ Ｐ，１００．０ ｇ
Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ，２００ ｇ Ｍｎ。 １．２仪器及参数
美国热电公司ＩＲＩＳ Ｉｎｔｒｅｐｉｄ １Ｉ ＸＳＰ型电感耦合
等离子体发射光谱仪。仪器参数：功率１ ３５０ ｗ，雾
化室压力２２ ｐｓｉ，辅助气流量Ｏ．５ Ｌ／ｒａｉｎ，分析时进样
泵速１００ ｒ／ｒａｉｎ，冲洗泵速１００ ｒ／ｒａｉｎ。
１．３试液的制备 １）测定Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ时试液的制备。称取
０．１００ ０ ｇ试样置于铂皿中，依次加入１０ ｍＬ硝酸
（浓）、８ ｍＬ氢氟酸（浓）、５ ｍＬ高氯酸（浓），在电炉上
加热溶解后，继续加热至冒高氯酸烟。取下稍冷，
以蒸馏水冲洗皿壁，继续加热至近干。取下稍冷， 加入１０ ｍＬ盐酸（１＋１），加热溶解盐类后移人１００ ｍＬ 容量瓶中，以蒸馏水稀释至刻度，混匀待用。
２）Ｎ定Ａ１、Ｂａ、Ｃａ、Ｆｅ时试液的制备。将上述试
液移取５ ｍＬ置于１００ ｍＬ容量瓶中，加１０ ｍＬ盐酸 （１＋１）以蒸馏水稀释至刻度，混匀待用。
１．４工作曲线溶液的配制
１）测定Ａｌ、Ｂａ、ｃａ、Ｆｅ主量元素工作曲线系列溶
液的配制。分别移取Ａｌ标准储备液（１００ ｇ／ｍＬ）Ｏ、
０．５０、２．５０、６．Ｏ０、８．Ｏ０ ｍＬ，Ｆｅ标准溶液（１００．０ ｇ／ｍＥ） ０、８．Ｏ０、６．Ｏ０、５．Ｏ０、３．Ｏ０ ｍＬ加入到１号、２号、３号、４
号、５号容量瓶中；分别移取Ｂａ标准储备液（１００．０
ｇ／ｍＥ）０、４．Ｏ０、６．００、８．００、１０．Ｏ０、１．００、２．００、３．００、 ５．０ｏ ｍＬ，Ｃａ标准储备液（１００．０ ｇ／ｍＬ）Ｏ、８．Ｏ０、６．００、 ５．００、３．００、４．００、２．００、１．Ｏ０、０．５０ ｍＬ按顺序加入到１
号、２号、３号、４号、５号、６号、７号、８号、９号容量瓶中
（１００ ｍＬ）；分别移取Ａｌ标准储备液（２００．０ Ｉｘ ｇ／ｍＥ）
６．００、７．Ｏ０、８．００、１０．Ｏ０ ｍＬ，Ｆｅ标准储备液（５００．０ ｇ／
ｍＬ）６．Ｏ０、５．Ｏ０、３．Ｏ０、２．Ｏ０ ｍＬ，按顺序加入到６号、７
号、８号、９号容量瓶中（１００ ｍＬ）。补充１０ ｍＬ盐酸
（１＋１），用水稀释至刻度，混匀待用。或采用成分相
似的３个以上标准物质，按照１－３中方法处理后做工
１１５ 山东冶金 第３３卷
作曲线。 ２）测定Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ微量元素校准系列溶
液的配制。分别移取０、０．１、０．５、２、５、１０ ｍＬ Ｍｎ、Ｃｕ、
Ｃｒ、Ｎｉ和Ｐ混合标准溶液于１００ ｍＬ容量瓶中，分别 加入１０ ｍＬ Ｆｅ（３ ｍｇ／ｍＬ）、Ａ１基体溶液（３ ｍｇ／ｍＬ），
５．０ ｍＬ Ｂａ（３ ｍｇ／ｍＬ）、Ｃａ（３ ｍｇ／ｍＬ）基体溶液，用水
稀释至刻度，混匀待用。或采用成分相似的３个以
上标准物质，按照１．３中方法处理后做工作曲线。
１．５工作曲线溶液的测量 启动电感耦合等离子体发射光谱仪，设置参数
使仪器最优化，测量校准系列溶液的Ａ１、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、
ｃｕ、ｃｒ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｐ的信号强度。电感耦合等离子体发
射光谱仪按照表１设置，建立分析程序，将试样溶液
由蠕动泵导人雾化器雾化后进入等离子体中，运行 分析程序，同时测量Ａｌ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ 的信号强度。以校准溶液的浓度为横坐标，以其净
信号强度为纵坐标绘制校准曲线。
２实验与讨论
２．１分析谱线的选择 美国ＴＪＡ公司的ＩＲＩＳ Ａｄｖａｎｔａｇｅ等离子体发射
光谱仪为全谱直读光谱。每个元素同时提供多条
特征谱线供选择。进行多元素分析时要尽可能选 择波形完整、成像位置好、共存元素之间无光谱干
扰、波长差值大、强度适中的谱线作为待测元素的
分析线。
硅铝钡合金中ｓｉ、Ａｌ、Ｂａ、Ｆｅ为主量元素，ｃａ、 Ｍｎ、Ｐ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ为微量的杂质元素。样品以硝酸、
氢氟酸、高氯酸溶解并蒸干，ｓｉ在溶样过程中生成氟
化硅而挥发掉，因此本研究不再考虑硅的测定和影
响。根据样品中各元素的含量高低以及仪器所提
供的分析线，Ａｌ、Ｂａ、Ｆｅ元素含量较高，选择次灵敏 线；Ｃａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ元素含量较低，选择灵敏
线。在谱线库中查到适宜本项目的分析谱线，对其
进行校准和测试，将最佳定量分析线列于表１。 表１ 各元素最佳定量分析线波长ｎｍ
Ｂａ Ａｌ Ｃａ Ｃｒ Ｆｅ Ｃｕ Ｍｎ Ｎｉ Ｐ ３８９．７８ ３０８．２１ ３１７．９３ ２６７．７２ ２５８．５９ ３２４．７５ ２５７．６１ ２３１．６ ２１３．６２
２．２积分时间的选择
积分时间的长短影响测定强度值大小。对于
弱的分析谱线来说，用较长的积分时间可以得到较
大的强度值，但积分时间过长将会使背景随之增
大，干扰增多。对于很强的分析谱线以及高含量待
测元素来说，强度值过大，超出检测池ＣＩＤ的最佳检
测范围，从而降低测量的精密度和准确度，得不到
预期的分析效果。恰当的积分时间可以提高测量
１ １ ６ 的灵敏度和准确度，获得较低的检出限，同时加快
分析速度，减少试液的使用。通过实验选择最佳积 分时间为长波１５ Ｓ、短波１０ Ｓ。
２．３仪器工作参数的选择
仪器的工作参数主要是指泵速、雾化室压力、
ＲＦ功率、辅助气流量等，对测定效果影响很大。通
过实验，兼顾到较小的干扰效应，较大的仪器稳定 性，最佳测定效果，将仪器工作参数定为：辅助气流
量０．５ Ｌ／ｍｉｎ，雾化室压力２２ ｐｓｉ，泵速１００ ｒ／ｒａｉｎ，ＲＦ
功率１ ３５０Ｗ。
２．４共存元素的干扰实验
硅钡铝、硅钙钡和硅钙钡铝合金中Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、 Ｂａ、Ｆｅ为主量元素，Ｍｎ、Ｐ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ为微量的杂质
元素。样品以硝酸、氢氟酸、高氯酸溶解并蒸干，ｓｉ
在溶样过程时生成氟化硅而挥发掉，因此不再考虑
Ｓｉ的测定和影响。在含有Ｍｎ、Ｐ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ的溶液中
分别加人不同浓度的Ａ１、Ｂａ、Ｆｅ、Ｃａ，测定Ｍｎ、Ｐ、Ｃｒ、 Ｎｉ、Ｃｕ的强度。
在测定浓度范围内，Ａｌ对Ｍｎ２５７６、Ｐ２１３６的强
度有微小影响，随着Ａｌ元素含量的增加，Ｍｎ２５７６的
强度呈下降趋势，Ｐ２１３６的测定强度略有增加；随着
Ｂａ元素含量的增加，Ｎｉ２３１６的测定强度增大；随着 Ｃａ元素含量的增加，Ｎｉ２３１６的测定强度略有减小；
随着Ｆｅ元素含量的增加，Ｎｉ２３１６的测定强度增大。
为了保证试验结果的准确性，标准曲线溶液中加入 与试样溶液中等量的基体共存主量元素，基本实现
基体匹配。保证分析结果的准确性。 在电感偶合等离子体应用中，Ｐ的分析是较困
难的。本仪器对Ｐ的定量分析谱线提供了２条，１条
是Ｐ１７８．２８７ ｎｍ｛１８８｝，在紫外区，另１条为受Ｃｕ
２１３．５９８ ｎｍ干扰的Ｐ２１３．６１８ ｎｍ｛１５７｝，给Ｐ的准确测
定带来困难。本研究重点讨论Ｐ的测定干扰问题。 Ｐ１７８．２８７｛１８８｝ｎｍ谱线图形完好，其干扰线为
Ｉ１７８．２７６ ｎｍ，在硅铝钡试样中一般不含Ｉ，可以不予 考虑，但其强度较弱，检测限稍微高一些，适合含Ｐ 较高的试样的测定；Ｐ２１３．６１８｛１５７｝ｎｍ谱线图形完
好、强度大、检测限低，应是一条较为理想的定量分
析线，但受Ｃｕ２１３．５９８ ｎｍ和Ｍｏ２１３．６０６ ｎｍ干扰。因 为Ｍｏ２１３．６０６／１１３＂１谱线强度弱，对于硅铝钡一般含量
的Ｍｏ（只要含量不是特别高），其干扰可以忽略不 计，对于Ｃｕ２１３．５９８ ｎｍ则不能忽视。（强度比）谱线
强度大。通过优化分析条件，合理地扣除背景，向Ｐ
含量为０．０１０％、Ｏ．１０％、０．２０％的标液中，分别加入
０．０４０％、０．１０％、０．２０％的Ｃｕ，测定Ｐ的数值。实验结
果显示，当铜含量达到０．２０％时，２０倍的ｃｕ对Ｐ２１３
ｎｍ的影响并不太大，硅铝钡中的Ｃｕ为杂质元素，含