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ICP-OES雙向觀測模式對鋼及其合金進行分析
閱讀：798 發(fā)布時間：2022-1-10前言：鋼鐵制造商對各種金屬和痕量元素進行質(zhì)量控制測試，以確保其最 終產(chǎn)品的等級和性能。中國國家標準化管理委員會使用 GB/T 20125- 2006 標準“低合金鋼 ― 多元素的測定 ― 電感耦合等離子體發(fā)射光譜 法"控制所制造的鋼產(chǎn)品質(zhì)量。 不同等級的鋼具有不同的元素含量指標，大多數(shù)鋼和不銹鋼等級規(guī)定 硫的重量百分比小于 0.05%，且磷的重量百分比小于 0.04%。利用電 感耦合等離子體發(fā)射光譜 (ICP-OES) 技術(shù)能夠輕松測量樣品中這一濃 度范圍內(nèi)的元素，實驗室從期望能否“完成工作"進一步考慮特定儀 器能否提高其樣品通量、降低成本、簡化樣品前處理和儀器運行，以 及能否在大批樣品分析過程中提供可靠的結(jié)果。
本應(yīng)用簡報證明了 Agilent 5100 垂直雙向觀測 (VDV) ICP-OES 儀器在使用 GB/T 20125-2006 方法分析鋼鐵 樣品時的性能和優(yōu)勢。該儀器在這一應(yīng)用中具有許 多優(yōu)勢，包括能夠快速分析大量具有挑戰(zhàn)性的鋼鐵 樣品。
實驗部分 儀器 利用 Agilent 5100 垂直雙向觀測 (VDV) ICP-OES 進行 此次分析，該儀器具有各種功能，可實現(xiàn)高樣品通 量并使具有挑戰(zhàn)性的鋼鐵樣品獲得可重現(xiàn)的準確 結(jié)果。 儀器使用 Vista Chip II 檢測器，處理速度達 1 MHz， 是 ICP-OES 中所用的所有電荷耦合檢測器 (CCD) 中 的最快速度，可提供高通量、高靈敏度和最高的動 態(tài)范圍。 儀器的垂直雙向觀測 (VDV) 配置支持在軸向和徑向 模式下進行測量。分析人員能夠在軸向觀測模式下 測量低濃度的磷和硫等元素時獲得高靈敏度，并 在徑向觀測模式下測量百分比級濃度的鎳和鉻等元 素，無需對樣品進行稀釋。參見圖 2 確定每種元素 所用的等離子體觀測模式。 Agilent 5100 VDV ICP-OES 采用垂直炬管系統(tǒng)，能夠 處理最復(fù)雜的基質(zhì)。多年來，垂直炬管已成為運行 挑戰(zhàn)性基質(zhì)所*的標準配置，因為它所需的清潔 和更換頻率較低 [1]。垂直炬管與 27 MHz 下運行的 穩(wěn)定固態(tài)射頻 (SSRF) 系統(tǒng)相結(jié)合，提供了可靠、穩(wěn) 定的等離子體，能夠為挑戰(zhàn)性樣品提供優(yōu)異的長期 穩(wěn)定性。這意味著即使儀器在測量鋼鐵樣品一整天 后也可獲得準確的結(jié)果。即插即用式炬管載架可自 動定位垂直炬管并連接氣體，以便快速啟動并確保 不同的操作人員獲得可重現(xiàn)的結(jié)果。在分析中，將 RF 功率增加至 1.5 kW 并將霧化器氣 體流速設(shè)置為 0.55 L/min，可提高高濃度 Fe 基質(zhì)中 S 和 P 等難分析元素的檢測限。等離子體氣體流速 默認值為較低的 12 L/min。此流速無需提高，也可 輕松應(yīng)對更高的 RF 功率和復(fù)雜的基質(zhì)。儀器操作 條件列于表 1 中。 在該應(yīng)用中，5100 VDV ICP-OES 配備的進樣系統(tǒng)包 括 OneNeb 霧化器、雙通道玻璃旋流霧化室和 5100 雙向觀測炬管（可拆卸，石英，1.8 mm 中心管）。 樣品通過 SPS 4 自動進樣器引入儀器。
樣品前處理 通過分析兩種 CRM（GH-135 6934 和 GSBH 40031-93） （中國國家鋼鐵材料測試中心）驗證方法，CRM 中 元素的標準濃度列于表 3 中。 根據(jù) GB/T 20125-2006 方法所述，在電熱板上將 0.5 g CRM 于硝酸、鹽酸和高氯酸混合酸中消解。將消解 液移至 100 mL 容量瓶中，使用 18 M? 去離子水定 容，得到約 0.5% 的 TDS。
標樣前處理 利用安捷倫單元素儲備液配制多元素校準標樣。空 白和標樣均以 5000 mg/kg Fe 樣品進行基質(zhì)匹配， 該 Fe 基質(zhì)樣品使用 6N 高純度鐵按照與樣品相同的 消解方法制得。
校正技術(shù) 由于 Mn、Mo 和 Ti 干擾物質(zhì)的存在，因此對 S 需要 采用干擾元素校正技術(shù) (IEC)，另外由于 Cr 干擾物 質(zhì)的存在，對 As 同樣需要采用 IEC。為簡化分析， 使用校準標樣作為 IEC 分析物標樣。利用與校準標 樣中所用基質(zhì)相同的 Fe 基質(zhì)配制單元素干擾物質(zhì) 標樣。使用 ICP Expert 7 軟件可輕松設(shè)置 IEC 參數(shù)， 參數(shù)確定后將其存儲于模板中，并在后續(xù)分析中重 復(fù)使用。無需內(nèi)標校正。 利用擬合背景校正 (FBC) 與離峰背景校正技術(shù)結(jié)合 [2] 可校正任何光譜干擾物質(zhì)。FBC 技術(shù)簡化了方法 開發(fā)，無需為每種元素設(shè)定離峰背景校正點，即可 確?？焖佟蚀_的校正背景。表 2 列出了每種元素 所用的背景校正方法。
結(jié)果與討論 校準曲線的線性 在寬濃度范圍內(nèi)所有波長下獲得的線性校準相關(guān)系 數(shù)均大于 0.99999。這一高度線性意味著可測定鋼 樣品中寬范圍的預(yù)期濃度，而無需進行額外的稀 釋?？商岣邩悠吠坎⑾凉撛诘南♂屨`差和樣品 污染。
方法檢測限和 CRM 回收率 在該應(yīng)用中，通過將 5000 mg/kg Fe 基質(zhì)空白溶液 分析 10 次來測定 MDL。將 MDL 作為基質(zhì)空白 10 次 測量值的 3 倍 SD 來計算。該分析獨立運行 3 次。 將 CRM（GH-135 6934 和 GSBH 40031-93）重復(fù)分析 兩次，結(jié)果為三次單獨分析的平均值。表 3 所列 的結(jié)果表明回收率優(yōu)異，處于標準值的 ±10% 范圍 內(nèi)，證明該儀器分析帶有復(fù)雜基質(zhì)的樣品具有高準 確度。 長期穩(wěn)定性測試 通過連續(xù)分析鋼鐵樣品 8 小時，對方法的長期穩(wěn)定 性和精密度進行測試。結(jié)果（圖 4 和表 4）顯示， 所有元素在 8 小時內(nèi)的測量精密度為 < 1.5% RSD。 證明 5100 系統(tǒng)在連續(xù)多個小時測量鋼鐵樣品等挑 戰(zhàn)性樣品時能夠可靠地提供準確的測量結(jié)果
結(jié)論： 按照 GB/T 20125-2006 標準“低合金鋼 ― 多元素的 測定 ― 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法"，利用垂直 炬管在雙向觀測模式下操作的 Agilent 5100 VDV ICPOES 測量兩種鋼認證標準物質(zhì)。 盡管樣品難以分析，儀器的雙向觀測功能與 GB/T 方法結(jié)合可提供準確的結(jié)果，回收率處于標準值的 ±10% 以內(nèi)。 儀器的垂直炬管和穩(wěn)定的 SSRF 系統(tǒng)可提供長期測 量穩(wěn)定性，8 小時內(nèi)測得的所有元素的 %RSD 均小 于 1.5%。 該儀器的寬線性動態(tài)范圍使其非常適用于繁忙實驗 室中鋼樣品的常規(guī)分析，因為它無需進行樣品稀 釋，而樣品稀釋會延長樣品前處理時間并引入發(fā)生 誤差的風(fēng)險。儀器附帶的軟件包括各種背景校正技術(shù)。通過對復(fù) 雜樣品基質(zhì)中存在的任意光譜干擾進行校正可獲得 準確的結(jié)果。 Agilent 5100 VDV ICP-OES 能夠快速、準確、可靠地 測量鋼消解樣品，適用于具有挑戰(zhàn)性的基質(zhì)和寬范 圍的分析物濃度。