一种微波消解-ICP-AES快速同时测定铬铁矿中六元素含量的方法

摘要

本发明涉及通过微波消解‑ICP‑AES快速同时测定铬铁矿中六元素含量的方法，采用盐酸、硝酸和硫酸为消解剂通过微波消解前处理试样，为校正物理干扰和电离干扰，分别用Y242.220水平低波校正Si、Mg、Fe和Y371.030水平高波校正Al、Ca、Cr，并采用内标混合管在线加入以确保准确而稳定的流量。在ICP仪上建立方法，通过标准曲法线计算样品中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe、Cr2O3元素含量，用国家标准物质验证了方法的精密度、准确度和回收率。本方法样品前处理简单，避免了试样分解过程中元素的损失和沾污，建立的方法快速、准确、可靠，解决了现有铬铁矿中六元素同时测定过程方法单一、操作繁琐、复杂、周期冗长，准确性差的问题，为铬铁矿中六元素含量的检测分析提供了新的借鉴和参考。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铬铁矿中六元素的快速检测方法，尤其涉及一种使用微波消解-电感耦合-等离子发射光谱(ICP-AES)快速同时测定铬铁矿中六元素含量的检测方法。

背景技术

铬铁矿是冶金与化学工业中应用极其广泛的矿物原。铬铁矿在冶金工业中可制备铬铁，从而进一步制备含铬钢。在化学工业中，铬铁矿是绝大多数铬化合物的原料，可制备重铬酸钠等等。铬铁矿还可用作生产耐火材料，用铬铁矿制成的耐火铬砖几乎是中性的，在高温下能同时耐酸与耐碱的腐蚀。铬铁矿的成分对于其应用具有决定性的影响，所以准确分析铬铁矿中各元素的含量(尤其是主元素SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Fe、Cr₂O₃)具有重要意义。

铬铁矿是典型的难分解矿样，目前国内外文献涉及到铬铁矿通用的方法有熔融分解、酸溶分解法，碱半熔ICP测定法，这些过程操作繁荣复杂，易导致试样挥发损失。邯郸钢铁集团公司技术中心采用一种X射线荧光光谱法对铬铁矿中多元素进行测定，但应用到不同牌号的铬铁矿中时，高铬含量的铬铁矿不易脱模，玻璃熔片易碎裂且难以充分溶解，误差较大，不利于实际应用。中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程院重点实验室采用ICP-AES法对铬铁矿中多元素进行测定，用碱熔浸取进行前处理，时间周期长易导致试样损失沾污，且分解试样所用的碳酸钠和四硼酸钠产生的盐类物质会导致仪器背景偏高，影响空白値，长期使用更易使雾化器堵塞，另外尾锥上积累的盐类物质会影响仪器的长期稳定性，减少仪器寿命，提高维护费用。微波消解则采用直接的体加热方式，加热快、升温高，消解能力强，大大缩短了溶样时间，消耗酸溶剂少，空白值低，采用微波消解与ICP相结合可有效节省电的消耗，降低分析成本。

综上所述，由于铬铁矿中铬含量高低不等给试样前处理带来困难，而使用其它方法存在分解不充分和准确度不高的问题。由此可见，目前尚未有一种试样处理简单又快速准确同时测定铬铁矿中六元素成分的方法产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种试样处理简单、分析结果准确的快速同时测定铬铁矿中六元素含量的检测方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种微波消解-ICP-AES快速同时测定铬铁矿中六元素含量的方法，包括如下步骤：

(1)准确称取试样0.1g，精确至0.1mg，置于TFM消解罐内，放入HTC安全罩中，用超纯水润湿，依次加入5mL浓硝酸、8mL浓盐酸和1mL浓硫酸，轻轻摇动溶液5-10分钟，使部分气体跑出，盖上TFM盖和安全弹簧片，用力矩扳手上紧盖子，放入微波腔体，接上温度传感器，同时随同制备的空白样品，放入微波消解仪中进行消解；消解程序结束后，冷却至30℃以下，将消解液转移至100mL石英容量瓶中，用超纯水少量多次清洗内盖和消解内罐，洗液合并转移至石英容量瓶中，用超纯水定容至刻度，摇匀，静置；再用移液管移取10mL至100mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，静置，制备成待测液；

(2)标准溶液配制：以5wt％的硝酸溶液逐步稀释1000μg/mLY(钇)至2μg/mL作为内标液，再以5wt％的硝酸溶液分别稀释Si、Al、Ca、Mg、Fe、Cr标准储备液至100μg/mL待用；以消解液为基体将Si、Al、Ca、Mg、Fe、Cr元素配成混合标准溶液，混合标准溶液浓度μg/mL分别为：SiO₂：6.42、12.84、19.25、25.67、32.09；Al₂O₃：3.78、7.56、11.34、15.12、18.90；CaO：0.56、0.84、1.12、1.40、1.68；MgO：4.97、9.95、16.58、23.21、29.85；Fe：5.0、10.0、15.0、20.0、30.0；Cr₂O₃：11.69、20.46、29.23、38.00、52.61。；

(3)开启ICP，待仪器各指标符合要求并点火稳定半小时后，依照ICP的工作条件建立样品的分析方法，调整内标与样品两泵夹的压力，采用内标混合管在线加入以确保准确而稳定的流量，按顺序依次测定空白溶液、标准溶液和待测液，以浓度值为横坐标，强度值为纵坐标拟合线性曲线，计算铬铁矿中SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Fe、Cr₂O₃元素含量。

优选地，步骤(1)的微波消解是在微波消解仪上进行的，消解作业参数：消解功率600W，压力800psi，爬升时间25min，保持时间30min，温度210℃。

作为优选，步骤(3)中电感耦合等离子体发射光谱仪工作条件具体为：RF功率：1150W、辅助气流：0.5L/min、雾化器气体流量：0.7L/min、冷却气流量：12L/min、冲洗泵速100rpm、分析泵速50rpm，分析元素波长分别为：Si250.690nm、Al396.152nm、Ca318.128nm、Mg202.582nm、Fe238.204nm、Cr357.869nm，内标元素波长：Y242.220、Y371.030。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明先是采用微波消解前处理方法，这样可以使样品能够快速分解，减少了检测时间，提高工作效率，且微波消解的试剂用量少，有利于减少化学试剂对环境的污染；再结合电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)，从而能够同时快速检测多种大小含量不等的元素，且具有检出限低、检测范围宽等优点。

本发明快速、简单，可以高效、准确的检测出铬铁矿中六元素的含量，能很好的满足不同牌号铬铁矿中各元素含量的分析要求，为铬铁矿中六元素含量的检测分析提供了新的借鉴和参考。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

通过微波消解-ICP-AES快速同时测定铬铁矿中六元素含量的方法，所述方法包括如下步骤：

实验所用设备：美国Thermo Fisher6500Duo全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪；美国CEM Mars6微波消解仪；德国赛多利斯电子天平

实验所用试剂：硝酸(优级纯)；盐酸(优级纯)；硫酸(优级纯)；超纯水(自制)；标准储备液：Si、Al、Ca、Mg、Fe、Cr的标准储备溶液由国家钢铁研究总院提供，除Si的浓度值为500μg/mL外，其它的浓度值均为1000μg/mL。

为验证本发明方法测定结果的准备性，选取已知含量的编号为GSBD33001-94的标准铬铁矿样品作为第一组样品，取样数量为2个，标记为实例1、2；选取已知含量的编号为GSBD3301.2-94的标准铬铁矿样品作为第二组样品，取样数量为2个，标记为实例3、4。

实例1～4的铬铁矿标准样品中六元素的测定方法包括以下步骤：

(1)试样分解：准确称取铬铁矿标准样品0.1g，精确至0.1mg，置于TFM消解罐内，放入HTC安全罩中，用少量超纯水润湿，依次加入5mL浓硝酸、8mL浓盐酸和1mL浓硫酸，轻轻摇动溶液，使其部分气体跑出(5-10分钟)，盖上TFM盖和安全弹簧片，用力矩扳手上紧盖子，放入微波腔体中，接上温度传感器，同时随同制备空白样品，放入微波消解仪中进行消解。消解程序(见表1)结束后，冷却至30℃以下，将消解液转移至100mL石英容量瓶中，用超纯水少量多次清洗内盖和消解内罐，洗液合并转移至石英容量瓶中，用超纯水定容至刻度，摇匀，静置；再用移液管移取10mL至100mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，静置，制备成待测液。

表1微波消解程序

步骤时间(min)功率(W)温度(℃)压力(psi)125600210800230600210800

(2)标准溶液工作曲线配制：以5wt％的硝酸溶液逐步稀释1000μg/mLY(钇)至2μg/mL作为内标液，再以5wt％的硝酸溶液分别稀释Si、Al、Ca、Mg、Fe、Cr标准储备液至100μg/mL待用。以消解液为基体将Si、Al、Ca、Mg、Fe、Cr元素配成混合标准溶液。混合标准溶液浓度见表2。

表2标准工作溶液中各元素浓度(μg/mL)

ICP六元素测定

优化仪器参数，使仪器处于最佳状态：RF功率：1150W、辅助气流：0.5L/min、雾化器气体流量：0.7L/min、冷却气流量：12L/min、冲洗泵速100rpm、分析泵速50rpm，选取Si250.690nm、Al396.152nm、Ca318.128nm、Mg202.582nm、Fe238.204nm、Cr357.869nm为分析谱线波长，为校正物理干扰和电离干扰，分别用Y242.220水平低波校正Si、Mg、Fe和Y371.030水平高波校正Al、Ca、Cr。建立分析方法，优化好两个泵夹(内标与样品)的压力，用内标混合管在线加入以确保准确而稳定的流量，按顺序依次测定空白溶液、标准溶液和试液，以浓度值为横坐标，强度值为纵坐标拟合标准线性曲线，计算铬铁矿中SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Cr₂O₃、Fe元素含量。

线性关系和检出限：六元素的相关系数和检出限见表3。

表3六元素相关系数和检出限

精密度和准确度：以实例1～4的铬铁矿标准样品验证方法的准确度，结果见表4。

表4精密度和准确度(n＝8)

回收率：以实例1～4的铬铁矿标准样品做加标回收试验，结果见表5。

表5加标回收试验

试验结果：SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Cr₂O₃、Fe6个元素测定后分别所对应的标准曲线，线性关系良好，相关系数为0.9991～0.9999。本方法的检出限为0.002～0.020％，精密度均＜5wt％，回收率为95.5wt％～104.6％，说明本发明方法精密度高，测定结果稳定可靠，能够快速准确检测铬铁矿中SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Cr₂O₃、Fe含量。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。