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美國PE ELAN DRC-e測定鋼中痕量鈣含量

來源:廈門碧帆儀器設(shè)備有限公司   2018年11月21日 16:24  

文章來源--廈門碧帆儀器設(shè)備有限公司。美國PE,島津,戴安,賽默飛全線耗材*,常用耗材常備庫存。

 

美國PE ELAN DRC-e測定鋼中痕量鈣含量

 

 

鈣是鋼中殘留的痕量金屬元素,一般是煉鋼脫氧過程中帶入的,也有的是特意加入。雖然

 

其含量甚微,但卻能起到十分微妙的作用,鈣可以提高鋼的切削性能和鋼的強度,隨著冶金行

 

業(yè)對鋼鐵材料研究的深入,嚴格控制和準確測定其含量具有重要的意義[1]。目前測定鋼鐵中鈣

 

的方法主要有光度分析法[2]、原子吸收光譜法[3]、離子色譜法[4]、電感耦合等離子體原子發(fā)射

 

光譜法[5]等,雖然這些分析測試方法,在各個相關(guān)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。但是仍然存在著靈敏度

 

偏低、操作費時、過程繁瑣、穩(wěn)定性差、基體干擾嚴重等缺陷。自從20世紀80年代以來,ICP

 

-MS已經(jīng)成為痕量元素分析中重要的一項技術(shù),尤其適用于微量陽離子的測定,能用于微量

 

鈣的定量測定,與傳統(tǒng)的電感藕合等離子體-原子發(fā)射光譜法相比,ICP-MS得到的譜圖非常簡

 

單,僅由各個元素的同位素峰組成。該法對絕大多數(shù)的元素而言,都很靈敏,選擇性好,精度

 

和準確度也相當高。但由于同量異位素、氧化物、雙電荷、多原子離子等干擾的存在,使得利

 

用傳統(tǒng)的ICP-MS測定痕量鈣含量的檢測能力變得大大降低。雖然可以采取多種方法降低這些干

 

擾,如校正方程、冷等離子體技術(shù)和基本分離,但這些干擾并不能*消除。然而,近年來開

 

發(fā)的一種新的方法稱為碰撞/反應(yīng)池技術(shù),使得準確定量鋼鐵中痕量鈣成為可能。

 

本文建立了以甲烷為反應(yīng)池氣體,利用動態(tài)反應(yīng)池-電感耦合等離子體質(zhì)譜法采用標準加

 

入法建立工作曲線準確測定鋼中痕量鈣的分析方法,結(jié)果證明,該方法快速、準確,能夠滿足

 

冶金工業(yè)中對痕量鈣的測定要求。

 

 

1 實驗部分

 

1.1 主要儀器與試劑

 

ELAN DRC-e 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(PerkinElmer SCIEX 公司);Arium 611DI 超純水器(德國 Sartorius 公司);Speedwave MSW3+微波消解儀(德國 BERGHOF 公司);BSB-939-IR酸純化器(德國 BERGHOF 公司)。

 

高純鹽酸,北京化工廠;高純硝酸,天津科密歐化學(xué)試劑公司;兩種高純酸使用前利用酸純化器蒸餾,貯存于 PTFE 塑料瓶中;實驗用水為電阻率大于 18.0MΩ·cm 的超純水。

 

1.2 儀器工作參數(shù)

 

射頻功率、載氣流量、離子透鏡電位和測量參數(shù)是 ICP-MS 重要的工作參數(shù),能直接影響其測定靈敏度和精密度。條件優(yōu)化實驗以靈敏度、信背比和測量精密度為考察指標,用質(zhì)量濃度分別為 10ng/mL 的 Mg、In、Rh、Ba、Ce、Pb、U 的混合標準溶液對儀器條件進行蕞優(yōu)化,優(yōu)化的工作參數(shù)和儀器參數(shù)設(shè)置見表 1。

 

 

表1 ICP-MS儀器的工作參數(shù)

 

Table 1 Working Parameters of ICP-MS

 

 

 

 

參數(shù)名稱 (Parameters name)

數(shù)值(Values)

 

 

 

 

RF 功率 RF power /W

1100

 

冷卻氣流量 Coolant gas flow /(L/min)

15.0

 

輔助氣流量 Auxiliary gas flow /(L/min)

1.20

 

載氣流量 Nebulizer gas flow /(L/min)

0.95

 

透鏡電壓 Lens voltage /V

7.5

 

采樣錐 Sampling cone /mm

鎳 φ1.1

 

截取錐 Skimmer cone /mm

鎳 φ0.9

 

分辨率 Resolution /amu

0.7±0.1

 

 

 

掃描方式 Scanning mode

Peak hopping

重復(fù)次數(shù) Replicates

3

反應(yīng)池氣體 Cell gas

Methane

反應(yīng)池氣體流量 Cell gas flow /(mL/min)

1.30

內(nèi)標 Internal standard

10μg/LSc

RPq

0.70

RPa

0.00

 

 

   

 

1.3 樣品處理

 

準確稱取 0.1000g 樣品置于酸煮洗凈的 PTFE(聚四氟乙烯)消解罐中,加入 3mL HCl 1mL HNO3 5mL 超純水,加蓋在室溫下放置 30min,然后放入微波消解儀轉(zhuǎn)盤中,按照預(yù)先設(shè)定好的消解程序加熱消解。消解程序結(jié)束冷卻至室溫后,打開密閉消解罐,樣品液轉(zhuǎn)移至干凈的 100mL 石英容量瓶,用少量超純水洗滌消解罐 34 次,洗液合并入石英瓶中,加入 1.0mL 1.0μg/mL Sc 內(nèi)標溶液后定容至刻度,搖勻。

 

1.4 工作曲線制作

 

平行稱取 5 份樣品,采用 1.3 樣品處理方法溶解后,轉(zhuǎn)移至 100mL 干凈的石英容量瓶中,分別加入 0,0.2,0.51.0,1.5mL 5.0μg/mL Ca 標準溶液和 1.0mL 1.0μg/mL Sc 內(nèi)標溶液,加水定容,配制成濃度分別為 010.0,25.0,50.0,75.0ng/mL 的溶液,在 ICP‐MS 儀器上分

 

別測量其強度,繪制工作曲線,見圖 1。相關(guān)系數(shù)大于 0.99,說明線性關(guān)系較好,可以滿足痕

 

量鈣元素的測試要求。

 

 

 

2 結(jié)果與討論

 

2.1 質(zhì)譜干擾及消除

 

Ca 元素有 40Ca、42Ca、43Ca、44Ca、46Ca、48Ca 六個同位素,各同位素豐度與潛在的干擾情況

 

 

 

列于表 2:

 

表2 Ca元素同位素及可能的干擾離子

 

Table 2 The isotopes of Ca and potential interference ions

 

 
 

 

 

 

 

同位素

豐度

干擾離子

 

Isotopes

Abundance/%

Potential interferences

 

 

 

 

 

40Ca

96.941

40Ar+,40K+

 

42Ca

0.647

14N3+,26Mg16O+,40Ar1H2+,84Sr2+

 

43Ca

0.135

14N3H+,27Al16O+,86Sr2+

 

44

Ca

2.086

12  16  2+  14

16  +  2816  +  882+

 

 

C O , N2

O , Si O , Sr

 

46Ca

0.004

 

14N16O2+

 

48Ca

0.187

31P16O1H+,36Ar12C+

 

 

由于 42Ca、43Ca、44Ca、46Ca、48Ca 質(zhì)量分數(shù)太低且受到嚴重的離子干擾,故不選為測定同位素。本文選用豐度大的 40Ca 作為測定同位素,利用動態(tài)反應(yīng)池技術(shù)來消除質(zhì)譜干擾。

 

2.2 DRC 工作條件的優(yōu)化

 

在 DRC 反應(yīng)模式中,反應(yīng)氣體類型、氣體流量以及 RPq 是幾個重要的參數(shù)。David D Muynck 等利用 NH3 作為反應(yīng)池氣體測定了骨骼和牙組織中的 Ca 含量[6],楊巧慧利用 O2 作為反應(yīng)池氣體測定了食品樣品的 Ca 含量[7]。由于 Elan DRC-e 不適合 NH3 作為反應(yīng)池氣體,故本實

 

驗采用甲烷氣體(純度>99.999%)作為反應(yīng)池氣體。按照儀器操作手冊程序進行反應(yīng)池氣體流量的優(yōu)化,優(yōu)化曲線如圖 2 所示,從圖中可以看出當氣體流量處于 1.0~1.6mL/min 時,檢出限變化不顯著,兼顧靈敏度要求,故選擇甲烷氣體流量為 1.3mL/min。

 

 

 

 

在不同 RPq 值下加標與未加標樣品的信號強度變化如圖 3 所示,當 RPq 值為 0.70 時能夠得到低的檢出限。

 

 

 

 

2.3 方法檢出限

 

在相同的實驗條件下,試劑空白溶液連續(xù)測定 11 次的標準偏差的 3 倍所對應(yīng)的濃度為檢

 

出限,本方法的檢出限為 0.04μg/L。

 

2.4 準確度試驗

 

為了驗證本方法的測量準確性和可靠性,我們測定了若干標準樣品,并與參考值進行比

 

較,進行了一系列的加標回收試驗和樣品的精密度試驗,結(jié)果證明本方法準確可靠[8]。

 

2.4.1 標準樣品的測定 選擇有證標準樣品進行測定,結(jié)果見表 3,測定值與認定值一致。表3 標準樣品中Ca的分析結(jié)果

 

Table 3 The Ca analytical results of standard samples  /

 

 
 

 

 

 

 

樣品編號

認定值

測定值

Sample Number

Certified Value

Found Value

 

 

 

IARM 200B

0.0012

0.0011

IARM 233A

0.0010

0.0009

GBW01402f

0.0017

0.0016

SE23-09

0.0016

0.0018

 

2.4.2 加標回收試驗選擇兩個標準樣品 IARM 233A GBW01402f 進行了加標回收試驗,結(jié)果

 

見表 4,回收率在 94.6%~110.8%之間。

 

 

 

表4

Ca的加標回收率試驗結(jié)果

 

 

 

Table 4 The results of recovery with standard addition

 

 

 

 

 

 

樣品編號

認定值

加入量

測得量

回收率

Sample Number

Certified/(μg/g)

Added/(μg/g)

Found/(μg/g)

Recovery/%

 

 

 

 

 

 

 

10.0

21.08

110.8

IARM 233A

10.0

20.0

28.91

94.6

 

 

50.0

59.32

98.6

 

 

10.0

26.70

97.0

GBW01402f

17.0

20.0

38.14

105.7

 

 

50.0

57.87

101.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4.3 精密度試驗

選擇標準樣品 IARM 233A 和 GBW01402f,進行 8 次測定,結(jié)果見表 5,計

 

算測定精密度,RSD 小于 10.0%。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

表5 精密度試驗(n=8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table 5 Test for precision

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

樣品

 

認定值

測定值

 

平均值

RSD

 

 

 

Sample

Certified/

Found/%

 

Average/%

/%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.00097, 0.00112, 0.00093,

 

 

 

 

 

 

 

IARM 233A

 

0.0010

0.00108, 0.00092, 0.00087,

0.0010

9.36

 

 

 

 

 

 

 

 

0.00104, 0.00110

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GBW01402f

 

0.0017

0.0015, 0.0017,

0.0016, 0.0016

0.0017

7.54

 

 

 

 

 

0.0019, 0.0018,

0.0017, 0.0016

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5 樣品分析

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

選擇課題組提供的實際生產(chǎn)的鋼鐵樣品進行測定,其 Ca 含量分析結(jié)果如表 6 所示:

 

 

 

 

 

 

 

表6 樣品分析結(jié)果 /%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table 6 Analytical results of samples

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

樣品

 

 

測定值

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sample

 

 

Found/%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

鑄坯 1210018

 

0.0022

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

低合金鋼 1215016

 

0.0014

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GX-1#

 

 

0.0009

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GX-2#

 

 

0.0011

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 結(jié)論

 

本文建立了以 Sc 為內(nèi)標元素消除基體效應(yīng)和儀器漂移,以甲烷氣體作為反應(yīng)池氣體的動態(tài)

 

反應(yīng)池技術(shù)消除 40Ar+,40K+等離子對 40Ca+測定的干擾,電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定鋼中痕量

 

鈣的分析方法。通過進行準確度、精密度和加標回收率試驗,結(jié)果表明本方法準確,可靠,能

 

夠滿足冶金行業(yè)對痕量鈣的測定需求。

 

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