ICP-AES法测定不锈钢中铬的精密度研究

胡建春

(山西太钢不锈钢股份公司技术中心，山西 太原 030003)

引 言

铬是不锈钢中的主要元素之一，它在不锈钢中的质量分数一般为8.0% ～30.0%。目前，测定不锈钢中铬含量使用硫酸铵氧化容量法，此法的准确度较高，但存在操作繁琐、周期较长的缺点。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)因其具有快速简便测定多元素等优点而被广泛应用于不锈钢中诸多元素的分析。但据相关资料报道，电感耦合等离子体发射光谱法测定铬的相对标准偏差RSD≤1.50%［1］，达不到仪器所要求的精密度(RSD≤0.5%)，不能满足生产需要。针对不锈钢中铬的测定精密度不稳定现象，采用排除法，在同一溶液中用ICP-AES法分别测定不同价态铬离子在不同酸溶液和不同基体溶液中的精密度。所测结果表明，导致不锈钢中铬精密度较差的主要原因不是由铬离子的存在形式、溶液酸度和黏度以及操作误差引起的，而是由仪器自身的波动带来的。加入内标钪元素后，不锈钢中铬元素测定的精密度提高到(RSD≤0.50%)。同时，不锈钢中铬元素测定的准确度也得到提高。

1 实验部分

1.1 主要仪器及试剂

Optim 5 300 V型电感耦合等离子体发射光谱仪，美国Perkin Elmet公司。

铬(Cr3+)标准溶液，0.002 g/mL;铬(Cr6+)标准溶液，0.002 g/mL;钪标准溶液，0.100 mg/mL;纯镍，99.99%;纯铁粉，99.9%;硝酸，1.42 g/mL;高氯酸，1.67 g/mL;盐酸，1.19 g/mL;硫酸，1.98 g/mL。以上试剂均为分析纯，实验用水均为二次水。

1.2 实验方法

准确称取0.100 0 g试料于150 mL三角瓶中，加入10 mL王水，低温溶解试样。准确加入质量分数为0.100 mg/mL的钪标准溶液1.00 mL，定容至100 mL。用电感耦合等离子体发射光谱仪测量。

仪器测量条件:等离子体流量15 L/min，载气流量0.80 L/min，功率1 300 W，观测高度15 mm，试样流量 1.50 mL/min。

2 结果与讨论

2.1 精密度实验

2.1.1 不同价态的酸溶液实验

分别配制Cr6+和Cr3+的不同酸溶液，在不同谱线、相同仪器测量条件下，同一溶液连续重复测量3次。所测量的精密度结果如表1。

表1 不同价态酸溶液的精密度(RSD) %

2.1.2 不同价态、不同基体的实验

分别称取不同量的纯铁粉和纯镍打底，加入10 mL王水低温溶解。分别加入10 mL的Cr6+和Cr3+标准溶液，在相同的仪器测量条件、不同的谱线下，同一溶液连续重复测量3次。所测量的精密度结果如表2。

表2 不同价态、不同基体的精密度(RSD) %

在相同的测量条件下，同一溶液分别测量3次，在不同价态、不同酸溶液黏度，不同价态、不同基体的溶液黏度，铬元素不同谱线间，所得的相对标准偏差为0.60% ～2.00%。在相同仪器测量条件下，同一溶液连续重复测量，所得相对标准偏差相差0.55%，波动范围较大。说明仪器自身稳定性较差。

2.1.3 加入内标元素实验

运用内标原理，对铬、内标钪和钇的物理性质进行详细比较。选取钪作为内标元素。这是因为，钪的信号随分析参数变化相对较小［2］，可减少背景变化的影响［3］。精密度就是内标元素与所测元素的强度比［2］。

准确称取0.100 0 g试料数份，投入150 mL三角瓶中，加入王水，低温溶解试样。准确加入钪标准溶液0.2 mL ～5.0 mL，溶至100 mL。以纯铁0.08 g和纯镍0.02 g打底。分别选取不同内标波长，同一测量条件下连续重复测量3次，其精密度结果如表3。

选用3条内标钪元素谱线，在相同的测量条件下，同一溶液中连续重复测量3次。当溶液中内标钪元素的质量分数≥0.6%时，3条内标钪元素谱线所得相对标准偏差没有明显区别，可任意选取;铬元素的所有谱线所得相对标准偏差(RSD)≤0.5%，谱线强度波动有了明显的改善;同一溶液连续重复测量所得相对标准偏差相差0.15%，波动范围由原来的0.55%降低到0.15%，消除了由仪器不稳定引起的谱线强度较大的现象。因此，一般选取准确加入1.0 mL质量浓度为0.100 mg/mL的钪标准溶液。

表3 加入不同含量内标元素的精密度(RSD) %

2.2 准确度实验

按照实验方法，随机选取2个不锈钢标准样品，分别制取3份相同溶液，准确加入1.0 mL质量分数为0.100 mg/mL的钪标准溶液，测量结果如表4。

表4 准确度实验

3 结论

不锈钢中铬元素精密度实验中，相对标准偏差波动范围较大的原因主要是由仪器自身的波动引起的。加入内标钪元素，增强了时效性，使方法的相对标准偏差(RSD)由原来的0.60% ～2.00%降到≤0.5%，达到了仪器所要求的精密度标准。同时，不锈钢中铬元素测定的准确度得到提高。

［1］张 光，高 霞.ICP-AES法测定高合金钢中主合金元素含量［J］.理化检验:化学分册，2003，39(2):85.

［2］郑建国，周 勤，钱浩雯，等.内标法在ICP-AES中的应用研究:Ⅱ:应用内标法校正操作参数的变化［J］.分析测试学报，1993，12(5):7.

［3］郑建国，张展霞.ICP-AES中内标法的应用研究:Ⅲ:用内标法校正基体干扰［J］.1996，15(1):21-24.