合金材料中痕量成分的测定方法(精)
4页1、钢铁、合金材料中痕量成分的测定方法郑 国 经( 首钢总公司冶金研究院 ,10085 )随着我国冶金产品结构与质量的优化,要求不断提高钢材的纯净度和质量检验标准的水平。因此,发展钢铁合金的痕量分析技术,是我国冶金产品执行国际先进标准和发展超纯净冶炼工艺必不可少的技术支持。一、概 况当前我国冶金分析的技术水平,经近20年的发展,采用了九十年代以来各种新分析技术,已可准确测定常量至0.001%的化学成分。但是对于0.001%以下的痕量成分,则无论是测定元素范围、分析方法灵敏度或测量精度等方面,还难以达到钢铁、合金中痕量成分的检测要求。虽然在分析化学学科领域中,国内外均有关于痕量分析的研究报道,也有超高灵敏度的新分析装备如质谱(ICP-MS、GD-MS)和放射性活化分析等仪器的推出,但不仅设备投资大、适用性差,而且对于钢铁、合金产品的痕量分析,仍存在很多技术上的难题。当前冶金产品中痕量成分分析的难点在于:要从大量钢铁、合金基体元素之中, 准确而有效的测定极低含量(10-5 以下)的痕量成分。而由于钢铁、合金中有大量的多个过渡族元素共存而形成基体干扰,对于痕量成分的测定所带来的技术难度,超过对其
2、它物料的痕量分析。现行的国内外钢铁及合金化学分析标准方法,对于低于0.001%的痕量元素分析,多数还没有标准方法可执行。已有标准方法的,其测定下限也多数达不到要求。同时在消除大量钢铁基体成分的干扰方面,多采用传统的化学分离分析技术,不仅操作繁琐、分析速度慢、重现性差,且受测试环境的污染和限制,测定精度极差,难以应用于冶金生产的实际检验中。结合我国国情,如何有效地利用九十年代冶金分析的各种测试手段,在提高分析灵敏度和测量精度的基础上,消除钢铁、合金的基体干扰,建立一套高灵敏、高精度、实用有效的钢铁合金中痕量成分分析方法,以满足冶金生产检验的迫切需要,被列为当前冶金分析的重点课题之一。二、方法研究由钢研总院、攀钢钢研院、首钢研究院、鞍钢钢研所、上钢一厂、宝钢钢研所、上钢五厂等七个大型钢铁企事业单位,根据我国冶金生产中超纯净冶炼的工艺要求,以及合金材料在执行国际先进材料标准时对痕量成分的监测要求,对钢铁、合金中低于0.001%的银、砷、铝、钡、铋、钙、镓、镧、钼、磷、铅、硫、锑、钪、硒、硅、锡、锶、碲、钛、钒等21个元素的分析方法,针对生产现场分析样品开展研究。作为冶金部93/94年度重点冶
3、金分析科研课题,1994年起联合攻关,至1996年通过部级鉴定,共同建立了钢铁、合金中21种痕量元素31个分析方法,系统地满足了超纯净冶炼技术及高质量金属材料对痕量元素的检测要求。测定下限比以往的分析方法高几倍至几十倍。在方法灵敏度、测定下限和测定精度等方面达到当代国际钢铁分析的先进水平,并具有很强的实用性和推广应用价值。该课题采用不同原理的分析方法,通过提高现有分析技术手段的灵敏度和测量精度,提高分析方法的抗干扰能力,或设计简便有效的消除钢铁、合金基体干扰的操作方法等手段,取得了很好的效果1: 电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES) 法直接测定Ba、Ca、La、Sc、Sr、Ti、V:通过采取基体匹配法和干扰校正技术,解决了钢铁合金基体的干扰;采用样品处理的优化操作技术,降低并稳定了痕量分析的空白值,提高了测量精度,降低了测定下限。使ICP-AES法直接测定Ba、Ca、La、Sc、Sr、Ti、V的测定下限,比常规ICP法降低了5至10倍。 氢化物发生电感耦合等离子体发射光谱(HG-ICP-AES)法直接测定Bi、Sb :通过采用氢化物发生与ICP-AES联用技术,以气相分离富集直接
4、测定的方法,进一步提高ICP-AES法的分析灵敏度,解决了痕量Bi、Sb的直接测定。石墨炉原子吸收光谱(GF-AAS)法直接测定Ag、Al、Pb、Sn:利用石墨炉原子吸收光谱仪的高灵敏度,通过采用基体改进剂提高灰化温度,实现了在高灵敏度下的直接测定。使常规GF-AAS难以测定的Ag、Al、Pb、Sn等痕量成分,可在高精度下直接测至0.0005%以下。氢化物发生原子吸收光谱(HG-AAS)法直接测定As、Bi、Sb、Te:通过提高酸度和缩小反应体积,设计了小体积氢化物发生装置、小体积原子化器、小体积样品处理方法,采用吸收峰面积积分的测量方式,集分离基体、富集待测元素、灵敏测定于一步的测量操作中。达到了高灵敏、高精度、直接测定的效果。可直接测定钢铁、合金中低至0.00001%Bi。极大地提高了氢化物发生原子吸收法的测定灵敏度。 示波极谱(OP)法测Pb、Ga、催化极谱(CP)法测Se:利用仪器设备比较简便的极谱分析技术,通过载体沉淀富集痕量Pb、溶剂富集痕量Ga及巯基棉吸附富集痕量Se,以示波极谱法测定Pb、Ga,以催化极谱法测定Se。而相同体系的分析技术,由于灵敏度不高或无专属试剂可用,
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