浙江单道扫描光谱仪 国产电感耦合等离子体光谱仪 可靠耐用 钢研纳克

钢研纳克江苏检测技术研究院有限公司

钢研纳克Plasma1000 ICP光谱仪测定车用耐火材料中铁、钛、锆元素的含量
(1. 钢铁研究总院, 北京 100081；2. 钢研纳克技术有限公司,北京 100081)
摘要： 采用电感耦合等离子体光谱法对耐火材料中的矾土中铁、钛元素进行测定及含铬砖中锆含量的测定。采用酸溶回渣进行样品前处理，并对样品进行加标回收实验，其加标回收率在97%-104%之间，且标准曲线线性系数在0.999之上。
关键词：ICP-AES; 耐火材料；矾土；含铬砖
目前耐火材料的测定大多采用容量法和分光光度法，在分析过程中需要严格控制溶液的各项条件，操作复杂，繁琐，而采用电感耦合等离子体发射光谱法不仅可以多元素同时测定，同时具有灵敏度高，干扰少等优点。本次采用电感耦合等离子体光谱法对耐火材料中的矾土中铁、钛元素进行测定及含铬砖中锆含量的测定，速度快，并取得了很好效果。
1 实验部分
1. 仪器及参数
Plasma1000单道扫描电感耦合等离子体光谱仪（钢研纳克技术有限公司）；
盐酸，ρ≈1.18 g/ml,优级纯，北京化工厂；
硝酸，ρ≈1.42g/ml, 优级纯，北京化工厂；
Zr、Fe、Ti的标准溶液质量浓度均为1000 µg/ml，国家钢铁材料测试中心；
硼酸，分析纯；
碳酸钠，分析纯；
碳酸锂，分析纯；
四硼酸锂，分析纯
所用溶液用水均为二次去离子水。
1.2 ICP-AES仪器工作条件
高纯氩（纯度≥99.999%），光栅为3600条/mm。
参数设置：功率1.15 Kw,冷却气流量18.0 L/min，辅助气流量0.8 L/min,载气流量0.2 L/min,蠕动泵泵速20 rpm,观测高度距功率圈上方12 mm，同轴玻璃气动雾化器，进口旋转雾室，三层同轴石英炬管，中心管2.0 mm。
1.3 样品处理
1.3.1 含铬砖的测定
称取1g硼酸碳酸钠混合试剂于铂金坩埚中，称取试样0.05g于硼酸碳酸钠上，而后样品上在覆盖1g硼酸碳酸钠试剂，放入马弗炉中灼烧，先缓慢升温至800℃，于800℃保持20分钟，而后升温至1050℃，保持1h。取出冷却，放入1:1的盐酸中溶出样品，而后定容至100ml塑料容量瓶中。加入1ml氢氟酸。定容，摇匀待测。
1.3.2 矾土的测定
称取2g碳酸锂-无水四硼酸锂混合试剂于铂金坩埚中，称取试样0.2g于碳酸锂：无水四硼酸上，而后样品上在覆盖2g碳酸锂-无水四硼酸试剂，放入马弗炉中灼烧，先缓慢升温至800℃，于800℃保持20分钟，而后升温至1100℃，保持0.5h。取出冷却，放入1:1的盐酸与氢氟酸溶出样品，而后定容至100ml塑料容量瓶中。定容，摇匀。分取10ml到100ml容量瓶中，定容，摇匀待测。
2 结果与讨论
2.1 分析谱线的选择
对于同一种元素， ICP-AES 可以有多条谱线进行，但是由于基体和其他元素的干扰，并不是所有的谱线都适用。进行光谱扫描后，根据样品中各待测元素的含量及谱线的干扰情况，选其灵敏度适宜，谱线周围背景低，且无其他元素明显干扰的谱线作为元素的分析线，结果见表1。
表1 各元素分析线(nm)
元素 Zr Fe Ti
波长 343.823 259.940 307.211
在进行谱线选择时，需要注意背景及干扰情况，选择尽量将背景位置定在尽可能平坦的位置，注意要无小峰，同时左右背景的平均值尽可能与谱峰背景强度一致。
2.2 实际样品的测定
2.2.1校准曲线
实际样品按照本文方法进行分析，校准曲线线性相关系数如表2
表2 实际样品校准曲线线性相关系数
元素 Zr Fe Ti
相关系数 0.9993 0.9995 0.9996
在校准曲线配置时，由于在样品基本为高盐样品的混合溶液，所以并必须进行基体匹配。需在标准曲线中加入相应量的盐以配备样品中的盐度。含铬砖需加入铬元素作为基体打底。
2.2.2 测定结果
稀土水溶液实际样品按照本文方法进行分析，其配分结果见表3.
表3 实际样品分析配分结果（%）
样品名称 Zr Fe Ti
含铬砖 1.592 - -
矾土 - 1.781 2.635
2.2.3 加标回收率结果
表4 各元素加标回收率（%）
分析元素 加入量
% 实际值
% 检出量
% 回收率
%
Zr 1.5 1.59 3.05 97%
Fe 1.5 1.78 3.34 104%
Ti 3 2.63 5.58 98%
3 结论
本方法使用碱融处理样品, ICP- AES法测定耐火材料含铬砖中的锆元素，矾土中的铁与钛元素。具有样品前处理简便、有效待测元素损失较少、分析精密度高及分析速度快等有点。此方法快速、简便、准确, 适用于耐火材料含铬砖中的锆元素，矾土中的铁与钛元素的含量的测定。

Plasma 1000 单道扫描ICP光谱仪可用于地质、冶金、稀土及磁材料、环境、医药卫生、生物、海洋、石油、化工新型材料、核工业、农业、食品商检、水质等各领域及学科的样品分析。可以快速、准确地从微量到常量约70种元素。
Plasma 1000 单道扫描ICP光谱仪
1. 光路形式：Czerny-Turner型 单道扫描ICP光谱仪
2. 光室恒温：(30±0.2)℃
3. 光栅类型：离子刻蚀全息平面光栅
4. 分辨率：不大于0.007nm
5. 刻线密度：3600g/mm
6. 高频发生器震荡频率：40.68MHz 功率稳定度：0.1%（长期25℃典型值）
7. 震荡类型：自激式
8. 进样方式：蠕动泵进样 配有多种雾室（旋流雾室、双筒雾室和耐氢氟酸雾室）
9. 雾化器：同心雾化器
10. 重复性：RSD ≤1.0%
11. 稳定性：RSD ≤2.0%（2小时）
12. 冷却气：10-20L/min
13. 辅助气：0-1.5 L/min
14. 载气：0.4-1L/min
15. 尺寸：1550mm×759mm×1340mm（长×宽×高）
16. 重量：240公斤
Plasma 1000 单道扫描ICP光谱仪仪器特点：
1. 分析流程全自动化控制，实现软件点火、气路智能控制功能；
2. 输出功率自动匹配调谐，功率参数程序设定；
3. 优良的光学系统，先进的控制系统，保证峰位定位准确，信背比优良；
4. 较小的基体效应；
5. 测量范围宽，**微量到常量的分析，动态线性范围5—6个数量级；
6. 检出限低，大多数元素的检出限可达ppb级；
7. 良好的测量精度，稳定性相对标准偏差RSD≤1.5%（5ppm），优于国家A级标准（JJG768-2005）；
8. Rf输出功率的范围750-1500W，输出功率稳定性小于0.1%；
9. 光电倍增管的负高压可在0-1000V范围内独立可调，可根据不同元素的不同谱线单独设置条件，和全谱仪器比较有更好的检出限；
10. 纳克仪器采用高屏蔽和良好接地保证操作者的安全；
11. 高精度的光室恒温系统，保证仪器优良的长短期精度；
12. 多通道蠕动泵进样，保证仪器进样均匀，工作稳定；
13. 使用钹铜弹片和特殊处理的屏蔽玻璃，在吸收紫外线同时使仪器辐射小于2V/m（JJG768-2005规定小于10V/m）。
14. 具有较高的谱线分辨率，能分出Hg31*4和313.183nm双线谱线，能分出铁的四重峰。
15. 人性化的软件设计，操作方便，终身免费升级。功能强大、友好的人机界面分析软件,可在测定过程中，进行数据处理，方法编制和结果分析，是真正的多任务工作软件；该软件数据处理功能强大，提供了多种方法，如内标校正、IECS和QC监测功能等，可获得合适的背景扣除点以消除干扰；对输出数据可直接打印或自动生成Excel格式的结果报告。

钢研纳克国产ICP光谱仪测定硅铁中杂质元素含量
（钢铁研究总院，北京，100081）
摘要：硅铁标准样品于250mL聚四氟乙烯烧杯中，150℃下加入10 mL 王水，并逐滴加入HF，至样品全部溶解，利用电感耦合等离子体光谱法测定硅铁中Al、Ca、Cr、Cu、Mn、Ni、P和Ti等8种杂质元素含量。优化了仪器工作条件，对比了不同元素各谱峰的相互干扰，选择各元素的合适谱线。杂质元素的检出限在0.33μg/g ~ 22.92μg/g之间，相对标准偏差（RSD，n=11）均小于5%，该方法适用于硅铁样品中痕量杂质元素的测定。
关键字：硅铁；电感耦合等离子体光谱法；杂质元素
在硅铁生产中，除了生成气态组分外，随炉料带入到其他元素会被还原并作为硅铁产品的组分而流出。因此，硅铁产品中存在着多种杂质元素，如Al、Ca等。随着科学技术的不断发展，炼钢工艺的不断革新和成熟，对硅铁中杂质元素的要求越来越严格。本实验采用某一硅铁标准样品进行消解，并在*的Plasma 2000型全谱电感耦合等离子体光谱仪上对硅铁标准样品中的Al、Ca、Mn、Cr、Ti、Cu、P和Ni 等8种杂质元素进行测定，为硅铁行业的持续发展保驾**。
1 实验部分
1.1 主要仪器及技术特点
Plasma 2000电感耦合等离子体原子发射光谱仪（钢研纳克技术有限公司）。
RF频率：27.12 MHz
分析功率：1100W
工作气体： 冷却气 13.5 L / min
辅助气 0.50 L / min
载气 0.45 L / min
1.2 主要试剂
Al、Ca、Mn、Cr、Ti、Cu、P和Ni标准溶液（国家钢铁材料测试中心）：1000 μg/ml；
盐酸：优级纯，ρ=1.18 g/ml（北京化学试剂研究所）；
硝酸：优级纯，ρ=1.50 g/ml（北京化学试剂研究所）；
氢氟酸：优级纯，ρ=1.14 g/ml（北京化学试剂研究所）；
标准样品：GBW 01432
实验用水均为**纯水，电阻率≥18 MΩ·cm3；
氩气：纯度ωAr > 99.999 %（北京诚维峰气体有限公司）。
1.3 实验方法
1.3.1 样品制备
样品消解：准确称取硅铁标准样品1.0000 g，置于250 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入10 mL 王水，放在150℃的加热板上加热溶解，逐滴加入HF，至样品全部溶解，取下冷却至室温后，定容至100 mL塑料容量瓶中。
随同试样做空白实验。
1.3.2 标准曲线的配制
在7个100 mL容量瓶中，分别加入Al、Ca、Mn、Cr、Ti、Cu、P和Ni等标准溶液，使得上述元素分别在7个容量瓶中的含量如下表1所示，加入**纯水定容至刻度。
表1 8个元素的标准曲线
元素 S0 S1 S2 S3 S4 S5
Al 0 0.1% 0.3% 0.5% 0.7% 0.9%
0 1000μg 3000μg 5000μg 7000μg 9000μg
Ca 0 0.03% 0.06% 0.09% 0.12% 0.15%
0 300μg 600μg 900μg 1200μg 1500μg
Cr 0 0.002% 0.005% 0.008% 0.01% 0.015%
0 20μg 50μg 80μg 100μg 150μg
Cu 0 0.03% 0.06% 0.09% 0.12% 0.15%
0 300μg 600μg 900μg 1200μg 1500μg
Mn 0 0.03% 0.06% 0.09% 0.12% 0.15%
0 300μg 600μg 900μg 1200μg 1500μg
Ni 0 0.01% 0.03% 0.05% 0.07% 0.1%
0 100μg 300μg 500μg 700μg 1000μg
P 0 0.005% 0.01% 0.02% 0.05% 0.1%
0 50μg 100μg 200μg 500μg 1000μg
Ti 0 0.01% 0.03% 0.05% 0.07% 0.1%
0 100μg 300μg 500μg 700μg 1000μg
2 结果与讨论
2.1 仪器工作参数的选择
仪器调节的主要指标是灵敏度，通常采用含有Mn元素的波长校正液（5μg/ml）对仪器的载气流量和炬管准直进行优化调节实验。
2.1.1 载气流量调节
以Mn元素（5μg/ml）波长校正液为依据，对新安装的进样系统进行调试。实验得到的载气流量为：载气流量 0.45 L/min。
2.1.2 炬管准直调节
以Mn元素（5μg/ml）波长校正液为依据，对新安装的进样系统进行调试。实验得到的炬管准直为（X:2，Z:2）。
2.2 基体元素干扰和元素谱线选择
在ICP-OES测定中，基体效应对待测元素产生抑制或增强作用，对测定结果有明显的影响。在硅铁杂质元素的测定中，由于硅本体已经和HF生成SiF4气体并加热挥发，因此主要考虑Fe基体对所测定元素的影响。表2给出了8个杂质元素的灵敏谱线和相关的干扰元素，并终确定各元素的分析谱线。
表2 各元素分析谱线
Table 2 Analytical Line of the elements
元素
Elements 谱线选择
Choose Line / nm 分析谱线
Analytical Line / nm
Al 308.215，存在V308.211干扰
394.401，附近无干扰，强度低
396.152，存在Mo396.150干扰，强度高 308.215
Ca 396.847，附近无干扰，强度高
422.673，存在Al422.682干扰 396.847
Cr 267.716，附近无干扰，强度高
206.149，附近无干扰，强度低 267.716
Cu 327.396，附近无干扰，强度低
324.754，附近无干扰，强度高 324.754
Mn 257.610，附近无干扰，强度高
259.373，存在Fe259.373干扰 257.610
Ni 231.604，附近无干扰，强度高
216.556，附近无干扰，强度低
341.476，附近无干扰，强度低 231.604
P 177.499，无谱图
178.287，无谱图
185.943，观测不到
213.618，存在Cu213.698干扰，但是观察谱图，可以区分开
214.914，附近无干扰，强度低 213.618
Ti 336.121，附近无干扰，强度高
334.941，附近无干扰，强度低 336.121
2.3 各元素校准曲线
根据样品中各个元素的含量，将配制好的标准溶液（1.3.2）使用Plasma 2000进行校准测定。以各个元素的质量分数对谱线强度绘制校准曲线，其线性回归方程及相关系数见表3所示。
3 结论
采用纳克公司生产的Plasma 2000电感耦合等离子体发射光谱仪测定硅铁标准样品中的Al、Ca、Cr、Cu、Mn、Ni、P、Ti等8种元素，可一次性完成对多种元素的测定，测量准确度和精密度良好，方法简便快速，适用于各级检验进行多批次、多项目产品的元素。
参考文献：
[1] GB/T 24194-2009, 硅铁 铝、钙、锰、铬、钛、铜、磷和镍含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法[S].北京, 中国钢铁工业协会, 2009.
[2] 陈琪, 郑毅, 贾永涛, 等. 硅铁生产中杂质元素的控制[J]. 铁合金, 2013, 190 (5): 15-17.
[3] 王术东. ICP-AES法测定硅铁材料中杂质元素[J]. 高等函授学报（自然科学版）, 2011, 24 (1): 58-62.
[4] 亢德华, 王铁, 于媛君, 等. 电感耦合等离子体质谱法测定硅铁中杂质元素[J]. 冶金分析, 2013, 33 (10): 64-68.
[5] 蔡绍勤, 李正庸. 原子吸收光谱法测定纯硅中铁、锰、镁、铜、铬、镍和铝[J]. 冶金分析, 1981, 01 (1): 33-36.

钢研纳克Plasma 2000 ICP光谱仪测定药用玻璃制品中十一种元素
玻璃容器因其透明、美观、化学性质稳定、耐高温等优点，一直被包装界认为是的包装容器。更加纯净的高品质药用玻璃瓶更是饮料、药品、食品、化妆品等的包装材料。传统的药用玻璃质量指标及项目只包含理化性能、规格尺寸及外观质量等项。近两年，为了与国际产品质量标准接轨从而进一步提高国内药用玻璃制品的质量，化学成分及有害物质浸出含量的也正在成为药用玻璃制品的重要项目。
采用钢研纳克技术有限公司生产的Plasma 2000 CCD电感耦合等离子体发射光谱仪对客户的药用玻璃制品中的As、Fe、Mg、Pb、Sb、Sn、Al、Na、K、Ca、Ba等十一中元素的含量进行了准确。
样品前处理
准确称取样品0.5000克于100mL钢铁量瓶中，加入10mL盐酸（ ρ =1.19g/mL），低温加热溶解，冷却后定容。再将上述溶液稀释20倍，补加盐酸（ρ=1.19g/mL）10mL，用于测定除Zr元素以外的元素。
另外准确称取样品0.5000克于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入10mL盐酸（ ρ =1.19g/mL），低温溶解后加入10mL氢氟酸，微沸，冷却后定容过滤，用于测定Zr元素。
仪器特点及工作条件
优异的光学系统，连续波长覆盖；科研级大面积CCD，所有元素一次测定；固态射频发生器，高效可靠，自动调谐；高效进样系统，具备激光烧蚀固体进样功能；软件操作方便、信息直观、功能全面；可靠的安全防护措施
入射功率：1. 10kW；工作气体：氩气纯度> 99. 95%，冷却气13.5L/ min、辅助气0.5/ min、载气0.6L/ min；进液泵速20rpm；垂直观测高度10mm；一次读数时间8s；稳定时间20s；进样时间20s。
方法特点
氢氟酸+高氯酸混酸加热消解样品，高氯酸冒烟后盐酸溶解并定容，溶样过程简单；所选谱线干扰小并采用基体匹配消除谱线干扰；线性相关性好，各被测元素的线性相关系数均大于0.999。
Ba校准曲线
结果
测得客户药用玻璃样品中各元素含量结果见下表。
药用玻璃中As、Fe、Mg、Pb等元素量测定结果（w/%）
元素　 As Fe Mg Pb Sb Sn
Plasma2000 0.0025 0.0141 0.0109 <0.001 <0.001 <0.001
参考值 0.0026 0.0135 0.0103 <0.001 <0.001 <0.001
元素 Al Na Ca K Ba
Plasma2000 2.63 4.20 0.5914 0.4844 0.5506
参考值 2.67 4.20 0.6132 0.4807 0.5563