微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钴铬钨系合金粉末中铁、锰的含量*

卢超培，陈晓东，刘 标，覃永振

(广东省科学院工业分析检测中心，广东 广州 510650)

钴铬钨(CoCrW)系合金粉末是一种重要的高性能涂层材料，可用于火焰喷涂、等离子喷涂、等离子喷焊以及各种装备部件的表面强化和修复[1-3]。在钴铬钨系合金粉末中，加入一定含量的Fe等合金元素可以改善涂层的韧性，而加入少量的(1%左右)Mn等元素则可以增加合金的流动性和抗高温氧化性。因此准确测定钴铬钨系合金粉末Fe和 Mn含量具有十分重要的意义。

目前铁的测定方法主要有邻二氮菲分光光度法[4]、磺基水杨酸分光光度法[5]、原子吸收法[6]、氧化还原滴定法[7]、电感耦合等离子体原子发射光谱法[8-9]等。锰的测定方法主要有原子吸收光谱法[10]和滴定法[11-12]、电感耦合等离子体原子发射光谱法[11]等。滴定法和分光光度法使用试剂较多，且流程长，分析过程较为繁琐。原子吸收法不能同时对多元素进行测定，而电感耦合等离子体发射光谱法具有选择性强、检出限低、灵敏度高、精密度好、分析速度快、线性范围宽，可用于同时测定多元素等优点。王丹等[9]电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钴铬钨合金中钨、镍、铁、钒，但该方法在操作上较为繁琐，需要基体匹配，耗时较长。微波消解法具有操作简便，升温快，消解能力强，溶样时间短等优点，而且在溶样过程中可以更好避免挥发损失和样品污染。本文介绍了以盐酸+硝酸+氢氟酸为消解试剂、用微波消解—电感耦合等离子体发射光谱法测定钴铬钨系合金粉末中铁、锰含量的方法。其中铁的测定范围为0.50%～4.00%，锰的测定范围为0.50%～2.00%。本方法操作简便，能够快速、准确测定钴铬钨系合金粉末中铁和锰的含量。

1 试验部分

1.1 仪器及工作条件

ULTIMA-2型ICP-AES光谱仪。配置耐氢氟酸雾化装置，仪器主要工作条件见表1。

表1 ICP-AES工作条件

Mars6型微波消解仪。仪器主要工作条件见表2。

表2 微波消解升温程序

1.2 试 剂

盐酸(ρ=1.19 g/mL),硝酸(ρ=1.42 g/mL)，氢氟酸(ρ=1.15 g/mL)，王水(V盐酸:V硝酸=3:1)(用时现配)。

铁标准储备溶液(钢铁研究总院)：1000 μg/mL。铁标准溶液：分别移取铁的标准储备溶液各10.00 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mL王水，用水稀释至刻度，混匀。此溶液1 mL含100 μg铁。

锰标准储备溶液(钢铁研究总院)：1000 μg/mL。锰标准溶液：分别移取锰的标准储备溶液各10.00 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mL王水，用水稀释至刻度，混匀。此溶液1 mL含100 μg锰。

混合标准溶液：分别移取铁和锰的标准储备溶液各10.00 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mL王水，用水稀释至刻度，混匀。此溶液1 mL分别含100 μg铁、锰。

试验所用盐酸、硝酸、氢氟酸均为分析纯(广州化学试剂厂)，试验用水为二级水及以上纯度的水。

1.3 试验方法

将0.20 g试料(精确至0.0001 g)，置于微波消解罐中，加入10 mL王水和2 mL氢氟酸。置于微波消解仪中，按表2的消解程序对样品进行消解。待试样消解完全后，取下冷却，转移至100 mL塑料容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

分取10.00 mL上述溶液至100 mL塑料容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。在电感耦合等离子体原子发射光谱仪上，于选定的分析谱线处，测量试液及随同试料空白溶液中各待测元素的发射强度。从工作曲线上查得各待测元素的质量浓度。

1.4 标准系列溶液的配制

取0 mL、1.00 mL、2.00 mL、5.00 mL、8.00 mL、10.00 mL混合标准溶液(100 μg/mL)于一组100 mL容量瓶中，加入1 mL王水，用水稀释至刻度，混匀。此标准溶液系列中铁和锰的质量浓度分别为0、1.00、2.00、5.00、8.00、10.00 μg/mL。

2 结果与讨论

2.1 测定谱线的选择

根据仪器的分辨率和灵敏度，以及合金粉末中钴、铬、钨、镍、铁、锰、硅等元素之间的光谱干扰，结果见表3。

表3 铁、锰元素谱线干扰情况

因此本文选择铁的测定谱线为259.940 nm，锰的测定谱线为279.482 nm。

2.2 样品消解方法的选择

按照试验方法，分别在样品中加入不同量的王水和氢氟酸，考察不同量的酸对样品分解的影响。结果显示，当样品量为0.2 g，王水加入量为10 mL，氢氟酸加入量低于1 mL时，样品分解不完全。当王水加入量为10 mL，氢氟酸用量大于等于2 mL时，样品分解完全。因此本文选用王水加入量为10 mL，氢氟酸的用量为2 mL。

当消解温度过低时，样品较难消解完全。当温度过高时，降温时间较长，而且在实际操作过程中，会增加危险系数。因此对消解最高温度和消解时间进行了探究，结果如表4所示。

表4 消解最高温度和消解时间对结果的影响

因此本文选用的参数为最高消解温度200 ℃，消解时间20 min。

2.3 基体钴、铬、钨、镍、硅对测定的影响

按照试验方法，配制钴、铬、钨、镍、硅基体混合元素溶液，并加入铁、锰元素进行测定，考察钴、铬、钨、镍、硅基体对测定元素在选定波长处的干扰情况。由于样品中钴最大含量为70%，铬最大含量为35%，钨最大含量为15%，镍最大含量为15%，硅最大含量为3%，根据试验方法的最大称样量，配制含钴0.3 mg/mL、含铬0.15 mg/mL、含钨0.10 mg/mL、含镍0.10 mg/mL、含硅0.02 mg/mL的溶液，加入2.00 mL待测元素混合标准溶液(100 μg/mL)，在选定的操作条件下测定。结果如表5所示。结果可看出，钴、铬、钨、镍、硅基体对铁和锰的测定无影响。

表5 钴、铬、钨、镍、硅基体对测定元素的干扰

2.4 标准曲线和检出限

在选定仪器条件下，于选定的分析谱线处，对标准系列溶液进行测定。分别以铁、锰的质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制标准曲线。在选定仪器条件下，按照试验方法，对随同试样空白溶液连续11次测定，以11次测定结果标准偏差的3倍作为方法检出限，结果见表6。

表6 标准曲线和方法检出限

2.5 精密度试验

通过计算相对标准偏差验证方法的精密度。按照试验方法，分别对不同梯度的样品进行测定(n=11)，结果见表7。试验结果表明，方法的相对标准偏差在0.39%～1.60%之间，精密度较高。

表7 铁、锰的精密度试验结果

2.6 加标回收试验

按照试验方法，分别对三组样品(准确称量0.2000 g样品)做加标回收试验，结果见表8。试验结果表明，本方法的加标回收率在98.0%～105.3%之间。

表8 加标回收率

2.7 方法对比

按照试验方法测定3号钴铬钨系合金粉末样品中Fe、Mn并与微波消解-原子吸收光谱法[6]测定结果对比，结果见表9。测定结果基本一致。

表9 方法对比结果

3 结 论

以盐酸+硝酸+氢氟酸为消解试剂，用微波消解—电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钴铬钨系合金粉末中的铁和锰的含量。本方法的加标回收率在98.0～105.3%之间，相对标准偏差RSD在0.39%～1.60%之间，该方法精密度好、准确度高、操作简单，能够快速、准确测定钴铬钨系合金粉末中铁、锰元素。