山东单道扫描光谱仪 电感耦合等离子体光谱仪品牌 核心部件**采购 钢研纳克

钢研纳克检测技术股份有限公司

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。

ICP-OES法测定工业硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti的含量
工业硅是一种重要的工业原料，广泛应用于冶金、化工、电子等行业。其中杂质含量的存在严重影响工业硅的品质，如其通常按金属硅成分所含的铁、铝、钙三种主要杂质的含量来分类。根据国标GB/T 2881-2014 工业硅要求，对其常规元素Fe、Ca、Al及微量元素B、P、Ti做出了要求。本文采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定工业硅中杂质，方法快捷简单，结果准确，适用于工业硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti的含量测定。
使用仪器：钢研纳克技术股份有限公司 Plasma 1000 电感耦合等离子体发射光谱仪
Plasma 1000 电感耦合等离子体发射光谱仪
仪器特点：
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；
RF输出功率的范围750-1500W，输出功率稳定性小于0.1%；
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。
Plasma 1000工作条件
载气流量（L/min） 辅助气流量（L/min） 冷却气流量（L/min）
0.6 2 15
RF功率（W） 光栅刻线 蠕动泵转速（rpm）
1250 3600条/mm 20
实验方法
称取一定量工业硅样品，加入一定比例的混酸，使用微波消解仪消解。待样品冷却后取出，定容至100ml容量瓶待测。
分析谱线的选择
表2 Plasma 1000谱线选择
元素 B Al Ca
谱线（nm） 249.678 396.152 396.847
元素 Fe P Ti
谱线（nm） 238.204 213.618 336.122
标准曲线绘制
B、Al、Ca、Fe、P、Ti标准溶液（国家钢铁材料测试中心，1000μg/mL）
配制曲线浓度如表3 ，线性相关系数大于0.999。
表3 标准曲线浓度（μg/mL）
元素名称 标准1 标准2 标准2 标准3 标准4
B 0 0.1 0.5 1 5
Al 0 1 5 10 20
Ca 0 0.1 0.5 1 5
Fe 0 10 20 50 100
P 0 0.1 0.5 1 10
Ti 0 0.5 1 5 10
方法检出限
表 3 方法检出限（%）
元素 B Al Ca
检出限 0.00003 0.000061 0.0003
元素 Fe P Ti
检出限 0.000051 0.00138 0.00006
测定结果及加标回收率
在实际样品中加入被测元素，其加标回收率93.9%-114.6%为之间，满足定量要求。
表4 实际样品分析结果（%）
元素 样品测定值 加入量 加标测定值 加标回收率%
B 0.0022 0.002 0.0040 93.9
Al 0.1057 0.2 0.3166 105.4
Ca 0.0253 0.05 0.0810 111.5
Fe 0.6139 0.5 1.1867 114.6
P 0.0055 0.01 0.0158 102.9
Ti 0.0455 0.05 0.0995 108.0
结论
本方法采用plasma 1000电感耦合等离子体发射光谱仪测定工业硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti的含量，方法检出限为0.00003%-0.00138%之间，加标回收率介于93.9%-114.6%之间，适用于工业硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti等元素的。

钢研纳克Plasma 2000 ICP光谱仪测定镀铜鳞片石墨中Cu 含量
1 前言
石墨分为鳞片石墨、人造石墨和土状石墨，其中，鳞片石墨警惕发育比较完整，石墨化度高，抗氧化能力强。镀铜石墨改善了铜-石墨之间的界面结合，复合材料烧结性能好，有高的密度与强度。特别是将其作为润滑减摩材料，不仅承载能力大幅度提高，而且润滑减摩性能明显改善。镀铜后铜含量的多少影响着镀铜鳞片石墨的材料性能，因此铜含量的测试非常重要，本文使用全谱型电感耦合等离子体原子发射光谱仪Plasma2000对镀铜鳞片石墨中Cu 含量进行测试。
2 结果与讨论
2.1 称样量的选择
镀铜鳞片石墨中Cu 含量约35%左右，含量较高，因此称样量不易过大，称样量太小，称量误差大，综合考虑，实验中选用0.2g称样量。
2.2 前处理实验
镀铜鳞片石墨中约有百分之六十多的碳，需要先将样品中的碳除掉，所以应该先将样品灰化，常规方法是将石墨置于铂金坩埚中1000℃灼烧至碳全部灼烧完全，但本实验中样品中铜含量较高，高温下可能会和铂金坩埚合金化而损坏铂金坩埚，为避免这种情况，本实验中选用将样品置于镍坩埚中，650℃灼烧石墨碳，终实验表明碳可以被完全除掉。表1是不同前处理方式，终选择前处理方式1：灰化，碱熔，酸回溶。
表1 前处理选择
序号 前处理 现象
1 灰化，碱熔，酸回溶 溶清
2 灰化，酸溶 沉淀较多
前处理方式1样品溶解图解（碱熔）
前处理方式2样品溶解图解（酸溶）
2.3 校准曲线
以下单位是mg/L
配线,3mlHNO3,5mgNaOH，5mgNa2O2，定容至100ml
表2 校准曲线配制
元素 Cu
S0 0
S1 1
S2 5
S3 7
S4 10
备注：对于高含量元素测定时，要充分考虑标线与样品基体的一致性，否则会导致结果偏差较大，见表3。
表3 不同配线结果对比
样品 配线方式 Cu溶液中浓度mg/L Cu样品中实际含量
1# 水标配线 6.1938 30.9692
加等量碱配线 6.4031 32.0155
2# 水标配线 7.0980 35.4900
加等量碱配线 7.3224 36.6118
2.4谱线选择
表3谱线选择（nm）
元素 仪器 Cu
谱线 Plasma2000 327.396 324.754
2.5 仪器参数
Plasma2000：功率 1.20 KW，冷却气流量 13.0 L/min，辅助气流量 0.5L/min，载气流量 0.5 L/min，蠕动泵泵速 20 rpm。玻璃雾化系统和矩管。
3分析结果
终结果客户认可。
表4 实际样品测试结果（单位%）
样品 仪器 Cu
1# Plasma2000 32.0155
Agilent 725 31.50
2# Plasma2000 36.6118
Agilent 725 37.25

微波消解-ICP光谱法测定氮化硅(氮化硅铁)中的多种微量元素
钢研纳克应用研究中心
氮化硅陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐磨性能和*特的电性能，被广泛应用于****、机械工程、通讯、电子、汽车、能源、化工生物等领域。然而我国产品技术及质量整体水平较低，其主要原因就是粉料的性能不稳定，杂质含量较高，无法生产出性能优良的氮化硅陶瓷。这是我国生产的氮化硅粉末不能在结构陶瓷中广泛应用的障碍。目前，氮化硅粉料的主要研究方向是高纯、**细、无团聚、粒度分布窄的粉料制备技术；粉料中微量掺杂元素对陶瓷性能的影响；粉料颗粒尺寸、形貌、流动性与成型堆积密度的关系。因此，准确测定氮化硅粉末的微量元素十分重要。
针对上述现状，本实验采用电感耦合等离子体发射光谱法对高纯氮化硅粉体的微量元素进行测定，并优化了样品前处理方法和仪器参数，测试数据可靠，结果满意，重复性好，满足客户的需求。
1 实验部分
1.1 主要仪器及工作条件
Plasma 1000型全谱电感耦合等离子体发射光谱仪（钢研纳克技术有限公司）。冷却气流量15 L/min，辅助气流量0.5 L/min，载气流量0.5 L/min，蠕动泵泵速20 r/min。
1.2 主要试剂
Ca、Fe、Zr、Mg、Cu、Mn、Al标准储备溶液（国家钢铁材料测试中心）：1000 μg/mL；试剂：、氢氟酸，优级纯。实验用水为电阻率大于18 MΩ·cm-3的**纯水；氩气（北京诚维峰气体有限公司）：纯度大于 99.995 %。
1.3 实验方法
1.3.1 样品的前处理
微波消解法：准确称取0.2g样品置于100ml消解罐，加入9ml氢氟酸和3ml ，密封好装入微波消解仪。消解过程采用梯度升温，条件120℃（5min），150℃（5min），180℃（5min），200℃（30min），程序结束冷却至45℃，按上述条件重新消解一遍，冷却40℃以下取出转移至聚四氟乙烯烧杯中，加热蒸掉多余的硅和氢氟酸，冷却定容至50ml塑料瓶。
1.3.2 标准溶液系列的配制
加1ml硝酸和2.5ml氢氟酸，无基体，所有元素水标测定。
表1 标准曲线含量（ug/g）
元素 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6
Ca、Fe、Zr、Mg、Cu、Mn、Al 0 2.5 5 10 20 50 100
2 结果与讨论
2.1 样品前处理方法的选择条件限制
分解氮化硅的方法有两种：高温碱熔和高压反应釜。试验首先尝试了高温碱熔的方法，称取0.25g样品于镍坩埚，加入2g优级纯NaOH作为碱熔溶剂，放置在马弗炉中650℃保温15min，冷却后取出转移至聚四氟乙烯烧杯，使用硝酸酸化，然后加入5ml氢氟酸和1ml高氯酸冒烟至近干，冷却硝酸回溶，定容至50ml容量瓶。结果发现，氢氧化钠碱熔能有效溶解样品，硝酸酸化也能得到澄清溶液，但加入氢氟酸和高氯酸冒烟后生成大量沉淀（晶体状），加硝酸不能回溶，二次冒烟也不能有效除去沉淀。此外，氮化硅样品杂质含量过低，碱熔方法引入杂质较多，不利于低含量元素测定。综合上述两点，不建议采用高温碱熔方法溶样。
由于本实验室不具备高压反应釜装置，因此采用微波消解法处理样品，条件如1.3所述。微波消解一次很难完全溶解样品，实验采用连续两次消解的方法基本能够完全溶解，说明微波消解处理氮化硅样品的效率并不高。由此可见，使用硝酸和氢氟酸加压溶解氮化硅时，决定样品消解效果的不仅包括压力和温度，足够长的反应时间也非常重要。此外，微波消解相比高压罐成本更高，因此如果现场有条件，采用高压罐消解的方法，选用氢氟酸和硝酸在150-180℃加压溶解样品。
2.2 仪器参数选择
由于待测元素含量较低，需要较高的射频功率和光电倍增管负高压。然而，射频功率和负高压会同时影响待测元素光谱强度和背景值，所以需要选择合适的仪器参数。通过条件试验发现，负高压达到750V后检出效果较好。
2.3 谱线选择
各元素优分析谱线如表2所示。
表2 元素分析谱线
元素 波长nm
Al 396.152
Ca 396.847
Cu 324.754
Mn 257.610
Mg 285.213
Fe 238.204
Zr 343.823
2.4 校准曲线
按照仪器设定的工作条件对标准溶液系列进行测定，以待测元素质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制校准曲线，结果见表3。各元素所选谱线线性良好。
表3 元素的线性回归方程
元素 线性回归方程 相关系数
Al y=28.1x+2598.4 0.9999
Ca y=3991.3x+12377.8 0.9999
Cu y=136x+2464.6 0.9999
Mn y=412.9x+1302.2 0.9999
Mg y=236.0x+2032.3 0.9999
Fe y=33.8x+510.9 0.9997
Zr y=197.4x+2484.1 0.9999
2.5 方法检出限
在仪器已优化条件下对标准溶液系列的空白溶液连续测定10次，以3倍标准偏差计算方法中各待测元素检出限如下表4所示。
表4 检出限(μg/g)
Fe Mn Mg Cu Zr Ca Al
3σ 0.5163 0.0588 0.0207 0.6723 0.2757 0.0429 7.5738
10σ 1.721 0.196 0.069 2.241 0.919 0.143 25.246
3 样品分析
按照实验方法测定氮化硅和氮化硅铁的元素含量，结果见表5。由于样品中待测元素含量很低，和计算结果时务必带入样品空白参与计算。
表5 微波消解法测试结果
元素 Zr Al Cu Fe Ca Mg Mn
氮化硅铁 <0.0005 <0.0005 0.0021 0.0054 0.0015 <0.0002 0.0003
元素 Al Cu Fe Ca B Cr Mg Ni P Mn
氮化硅 <0.0002 <0.0005 0.00057 0.00020 <0.0002 <0.0005 0.00011 <0.0002 <0.002 <0.0002
4 结论
采用Plasma1000顺序扫描型电感耦合等离子体光谱仪测定高纯氮化硅中微量元素，前处理部分高压罐消解样品时间更短，反应更彻底，微波消解能溶解样品，但时间较长；Plasma1000检出限低，分析结果准确，数据稳定，满足客户的需求。