电感耦合等离子体原子发射光谱法 测定铌铁中的铌、钽、铝、钛

　　摘要：使用氢fu酸和硝酸溶解样品，加入酒石酸作为稳定剂，用水稀释到刻度。使用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铌铁中的铌、钽、铝、钛四种元素，为了消除使用铌铁标准样品检测范围过窄，使用了在标准系列中加入适量单标准溶液绘制校准曲线。各元素的相关系数 r 均大于 0.999，按照实验方法测定铌铁中的铌、钽、铝、钛结果的相对标准偏差在 0.31%-1.01%之间，各元素的回收率在 98%-105%之间。按照实验方法测定样品中的铌、钽、铝、钛，测定值与重量法测铌和分光光度法及滴定法测定钽、铝、钛结果相吻合。关键词：铌铁、电感耦合等离子体原子发射光谱法，铌、钽、钛、铝
 

　　铌铁主要用于生产高温合金、不锈钢和高强度低合金钢，可以与钢中的碳生成稳定碳化 铌，与氮生成氮化铌，提高钢铁的表面抗腐蚀能力，同时可以细化晶粒提高强度，铸铁中加 入可以提高铸铁的强度和抗腐蚀能力[1]，因此测定其中的铌含量显得非常有必要。同时钽一 般和铌共生，性质和作用也相同，由于生产铌铁主要使用铝热法生产工艺，钛影响其产品的 加工性能，因此检测其中的钽、铝、钛也非常有必要。铌铁中铌的测定方法有单宁酸水解重 量法[2]、钽的测定方法有结晶紫萃取光度法[3]、纸上色层分离重量法测定钽和铌[4]、变色酸 光度法测定钛[5]、强碱分离氟化钠置换络合滴定法测定铝[6]]等湿法分析。由于采用湿法分析， 方法繁琐，需要时间较长，不利于现场生产分析。近年来由于 ICP 的推广，使用 ICP 检测 铌铁中主要元素和杂质元素的报道逐渐增多[7-9]，分析速度较以前大大提高，文献中从各个 方面论述了测定铌铁中主元素和杂质元素的各种测定方法。本文着重从溶样方法上改进，建 立了用氢fu酸和硝酸溶样，加入酒石酸络合剂防止钽和铌的水解，研究了使用电感耦合等离 子体原子发射光谱法，同时检测铌铁中的铌、钽、钛、铝等四种元素，该方法具有线性范围 宽，检出限低，准确度高，基体效应小，干扰少等优点，能够快速的检测多种元素等特点。 本文中使用此方法测定铌铁中的铌、钽、钛、铝，其精密度和准度均能符合要求。
 

　　1 实验部分 1.1 试剂 氢fu酸，优级纯；硝酸，优级纯；酒石酸：30%；纯铁；铌铁标样：GSB03-2202-2008(吉 林铁合金股份有限公司), ZBT380( 济南众标科技有限公司);钽、铝、钛标准储备溶液(北京 钢铁材料测试中心)：1.000μg/ml; 钽、铝、钛标准溶液：100μg/ml,用上述标准储备液进行 配置。 试验用水为二次净化水，电导率 0.04μs/m；氩气纯度不小于 99.999%
 

　　1.2 仪器及工作条件 Optima 8000 电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国 PerkinElmer 公司)，耐氢fu酸 进样系统，采用 CCD 检测器。分析谱线：Nb 309.415nm,Ta 267.590nm,Al 396.153nm,Ti 336.121nm.
 

　　1.3 试验方法 1.3.1 样品处理 准确称取 0.1g 试样秤准至 0.0001g，置于 200ml 聚四氟乙烯烧杯中，加 5ml 氢fu酸， 至反应无气泡，滴加硝酸 5ml，低温加热至反应*。(如使用玻璃雾化器，需进行赶氢fu酸处理，加入 10ml 硫酸，加热至冒硫酸烟，保持 5min，取下冷却)加入 30ml 酒石酸溶液, 冷却至室温，移入 100ml 容量瓶中，混匀，进行钽、钛、铝等测定。吸取 10ml 母液，用水 稀释至 100ml，用于铌的测定。
 

　　1.3.2 标准溶液系列的配制 按表 1 中的方法称取相应的标准样品和纯铁样品，按样品处理方法进行溶解，冷却后转 移至 100ml 容量瓶中，再根据表 1 的方法加入不同体积的磷、铝、钛标准溶液，制备标准 溶液系列，加入一定量的硝酸，保持标准溶液系列的酸度与试样溶液的酸度基本一致，后 稀释至刻度用于钽、钛、铝等曲线的绘制，吸取每个标准系列溶液 10ml 至 100ml 容量瓶中， 稀释至刻度用于绘制铌曲线。标准溶液系列中各元素质量浓度相当于样品中各元素的质量分 数，见表 1
 

　　2 结果与讨论 2.1 溶样酸的选择 对于铌铁样品，由于铌不易溶解，在常温下大部分酸不反应，但氢fu酸常温下对铌的溶 解性能较好，因此本法采用氢fu酸和硝酸进行溶解，反应速度非常快。如果使用耐氢fu酸的 进样系统，可以不考虑氢fu酸对设备的影响，如果使用玻璃的进样系统，需对溶液进行除氢 fu酸处理，加入硫酸冒烟即可，实验证明冒烟时间不宜太长，否则铌和钽易水解。为了防止 铌和钽水解，在样品溶解后，加入酒石酸络合铌和钽，使其形成稳定的络合物。 2.2 络合物的选择 本文实验适当浓度的酒石酸、酒石酸钾钠、柠檬酸、柠檬酸三铵、草酸、硼酸和氢fu酸， 实验证明使用草酸、硼酸均有不同程度的浑浊现象产生，其他几种均无浑浊现象产生，但使 用氢fu酸由于引入较多量的氟对炬管有一定的腐蚀作用，使用有机盐类能够引入大量的金属 离子，因此可以选用酒石酸和柠檬酸，通过试验本文采用 30%的酒石酸作为络合剂。 2.3 分析谱线 通过仪器本身携带的大量待测元素的灵敏线和次灵敏线，试验用 60mg/L 铌标准溶液， 10mg/L 的钽、铝、钛单元素标准溶液，同时在被测元素的分析谱线波长处扫描，选择干扰 少或不受干扰且灵敏度高的谱线作为分析谱线。通过试验选择 Nb309.418nm，Ta267.590nm， Al396.153nm，Ti336.121nm 作为分析谱线。以上分析谱线试验结果(绝dui强度)重复性好， 各谱线两侧 0.030nm 范围内没有基体元素的波峰出现。
 

　　2.4 仪器参数的选择：在仪器其他参数不变的情况下，改变其中一种参数，测定铌铁中铌，根据铌元素分析谱 线的强度与背景信噪的比值，选择信噪比值高的所对应的参数作为本方法的仪器工作条件。
 

　　2.4 标准曲线及检出限 按照仪器设定的工作条件对表 1 中标准系列溶液进行测定，以待测元素的质量分数为横 坐标，发射强度为纵坐标，绘制工作曲线。实验所得的线性范围、线性回归方程、相关系数 见表 3。在同样条件下对标准系列空白溶液连续测定 10 次，以 3 倍标准偏差计算方法中的 各元素的检测限，见表 3
 

　　由表 4 数据可知：铌、钽、铝、钛测定值的 RSD 均小于 5.0%，证明试验方法精密度良 好，可满足测定要求；同时通过加标回收试验，铌、钽、铝、钛的回收率均在 98%-103%， 证明结果准确可靠。
 

　　3 样品分析 按照实验方法我们对铌铁铁合金中铌、钽、铝、钛进行测定，并将结果与分光光度法测 定钽、钛，重量法测定铌，滴定法测定铝进行对比，结果见表 4，由表 4 可见两种方法的测 定值基本一致。
 

　　参考文献： [1]中国冶金百科全书总编辑委员会《钢铁冶金》编辑委员会，中国冶金百科全书钢铁冶金 [M]，北京：冶金工业出版社，2001，第 453-455. Editorial board of China Metallurgical encyclopedia, Editorial Committee of iron and steel metallurgy ,Iron metallurgy of the Encyclopedia of China Metallurgy[M],Beijing: Metallurgical Industry Press, 2001, 453-455. [2]CSM04 10 41 01-2001，铌铁中铌含量的测定-单宁酸水解重量法测定铌量[S] CSM04 104101-2001, Nb content in NB Fe determination of Nb content by tannic acid hydrolysis gravimetric method [S] [3]GB/T15076.1-1994,钽铌化学分析方法 铌中钽量的测定[S]。 GB/T15076.1-1994 method for chemical analysis of tantalum and niobium determination of tantalum content in NB[S] [4]GB3654.1-1983,铌铁化学分析方法 纸上色层分离重量法测定铌、钽量[S] GB3654.1-1983, Methods for chemical analysis of niobium iron - Determination of niobium and tantalum content by paper chromatography [S]。 [5]GB3654.8-1983,铌铁化学分析方法 变色酸光度法测定钛量[S] GB3654.8-1983,Methods for chemical analysis of niobium - chromotropic acid photometric method for the determination of titanium content [S] [6]GB3654.10-1983,铌铁化学分析方法 EDTA 容量法测定铝量[S].