ICP-OES法测定高锰钢衬板中锰含量

田小亭，王 凡，温铁丽，张 磊

(内蒙金属材料研究所，内蒙古 包头 014034)

高锰钢衬板是用来保护筒体，使筒体免受研磨体和物料直接冲击和磨擦，同时也可利用不同形式的衬板来调整研磨体的运动状态，以增强研磨体对物料的粉碎作用，有助于提高磨机的粉磨效率，增加产量，降低金属消耗。利用Mn元素使钢S曲线的“鼻尖”右移及Ms、Mf线下移的特性，通过1000～1050 ℃长时间保温后强制冷却而获得的全奥氏体组织，这种全奥氏体组织具有加工硬化的性能。它用作球磨机衬板，旨在通过磨球及磨料对衬板的撞击来达到其加工硬化的效果。

高锰钢衬板中锰元素检测以电位滴定法和硫酸亚铁铵容量法为主[1]，电位滴定法需要购置电位滴定仪，成本较高；硫酸亚铁铵容量法用的试剂较多，废液需要送到专门机构进行处置，两种方法检测周期长、操作繁琐，不能更好更快地服务客户。相比而言，ICP具有检出限低、线性范围宽、光谱干扰少、精密度好、检测速度快等优点[2-9]。

1 实验部分

1.1 实验仪器

BLUE型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪,德国斯派克。

仪器主要参数：工作高频27.12 MHz，输出功率1250 W，冷却气流量15 L/min，辅助气流量1.00 L/min，雾化气流量0.80 L/min，蠕动泵转速30 rpm，样品提升量2.00 mL/min，预冲洗时间15 s，分析时间45 s。

1.2 实验试剂

硝酸，ρ=1.42 g/mL；氢氟酸，ρ=1.15 g/mL；高氯酸，ρ=1.67 g/mL；盐酸，ρ=1.19 g/mL；高纯铁，铁含量≥99.98%，锰含量≤0.001%；高锰钢国家标准物质YSBC11316-1994，YSBC11397-2010；锰标准溶液(1000 μg/mL)，直接购买。

所用试剂均为分析纯。

1.3 样品溶液的制备

准确称取0.1000 g样品，随同试样做空白。将试样置于200 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入10 mL硝酸，低温加热，加 5 mL盐酸，加热溶解完全，冷却转移至100 mL容量瓶中。如有不溶残渣，滴加2 mL氢氟酸，加入5 mL高氯酸冒烟至近干，取下冷却，用少量水冲洗烧杯壁，加5 mL盐酸，加热溶解盐类，冷却至室温，转移至100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

1.4 工作曲线的配制

高锰钢衬板中铁元素为主含量，称取6份0.1000 g高纯铁，按照1.3试验方法溶解，分别转移至工作曲线容量瓶中，做到基体匹配，消除干扰。加入锰标准溶液，工作曲线浓度为25 μg/mL、50 μg/mL、100 μg/mL、150 μg/mL、200 μg/mL。

2 结果与讨论

2.1 分析谱线的选择

ICP灵敏度高，线性范围宽，每个元素有很多条谱线，每条谱线干扰元素都不同，选择合适的谱线非常重要。选取两个高锰钢标准物质YSBC11316-1994和YSBC11397-2010，选取锰元素四条分析谱线进行试验，结果见表1。

表1 分析谱线试验结果

由表1结果可知：谱线257.611 nm测定值与标准值最接近，误差最小，参照GB/T223.4-2008标准规定允差0.076%，考虑锰元素准确度及谱线干扰，选择谱线257.611 nm作为分析谱线。

2.2 试样分解研究

试样的消解是成分分析试验的关键。按1.3试验方法分别加入不同比例的硝酸、盐酸、氢氟酸以及高氯酸对试样的消解效果进行试验。试验结果表明硝酸用量10 mL、盐酸用量 5 mL、氢氟酸用量2 mL、高氯酸用量5 mL，测定结果比较稳定。试样消解时，加热板温度不宜过高，否则酸蒸发过快，试样来不及消解完全，造成分析结果偏低。

消解状态以试样被分解成湿盐状为最佳。消解完毕后，补加5 mL盐酸溶解盐类，与此同时也能达到试样酸度大致统一的目的，从而使带标准样品进行的检测分析数据更加具有说服力和进行更好的检测质量控制。

2.3 称样量的研究

国标要求称样量是一个特定的值或者一个小区间的特定范围。称样量小，有利于样品的消解，但同时会导致所分析的样品欠缺足够的代表性；而称样量大，会增加消解酸的用量，且不利于样品在酸溶液中的分散。在保证结果准确度的前提下，选择合适的称样量即有利于样品消解又有利于节能减耗。选取高锰钢标准物质YSBC11397-2010进行不同称样量试验 ，结果见表2。

表2 称样量试验结果

由表2结果可知：在上述称样量范围内，锰含量的测定结果均不超出允许误差0.076%(参照GB/T223.4-2008)，说明本实验拟合的试样分解方法不仅能充分满足检测员在称样时的称样量选择度，而且还能满足锰含量更高的高锰钢衬板的检测任务。考虑到环保和节能，称样量选择0.1000 g。

2.4 分析谱线的线性方程、相关系数

选取锰元素谱线257.611 nm，设定仪器工作条件，测定纯铁打底工作曲线，如图1所示。

图1 工作曲线

由图1可知：铁基体溶液打底的锰元素相关系数在0.999以上，符合ICP的要求。在工作曲线下运行多遍空白，计算方法检出限为0.205%。

2.5 干扰试验

高锰钢中铁和锰为主含量，铁基体对锰元素发射强度有影响，且对强度的增感或抑制是同时存在的，配置工作曲线时加入铁溶液消除基体干扰。杂质元素硅含量居多，溶解时加氢氟酸，高氯酸冒烟可以消除硅元素的干扰。其余杂质元素含量很低，干扰可以忽略不计。

2.6 样品分析

按照上述条件试验的最优方案，对两个高锰钢标准物质YSBC11316-1994和YSBC11397-2010平行测定11次，结果见表3。

表3 测试结果与标准值对照表

续表3

由表3结果可知：两个高锰钢标准物质YSBC11316-1994和YSBC11397-2010锰含量误差均在国家标准允许误差内0.076%(参照GB/T223.4-2008)。计算11组测定结果，两个镍铁标准物质YSBC11316-1994和YSBC11397-2010相对标准偏差分别为0.259%，0.273%。符合化学分析方法的一般要求。

3 结 论

通过上述系列研究结果表明，准确称量0.1000 g高锰钢衬板样品于聚四氟乙烯烧杯中，依该试验方法消解样品后，采用锰波长257.611 nm分析线作为最佳谱线，利用等离子体光谱仪能准确、快速的进行高锰钢衬板中锰含量的测定。同时该方法还具有操作简易、线性范围宽、准确度高、便于检验员操作的优点。