钢铁及合金总铝和总硼含量的测定微波消解-电感耦合等离子体质谱法

钢铁及合金总铝和总硼含量的测定微波消解-电感耦合等离子体质谱法

国家标准 GB/T223.81一2007 钢铁及合金总铝和总棚含量的测定 微波消解-电感耦合等离子体质谱法 Iron,steelandlloy一Determinationoftotalalminumandtotalboroncontents- Mierowavedigestion-inductivelyeoupledplasmamassspectrometricmethod 2007-09-11发布 2008-02-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管蹬委员会国家标准
GB/T223.81一2007 前 言 GB/T223的本部分的附录A、附录B附录C和附录D是资料性附录 本部分由钢铁工业协会提出 本部分由全国钢标准化技术委员会归口 本部分主要起草单位:钢铁研究总院、首都师范大学 本部分主要起草人:刘正、王明海、张翠敏、罗倩华、王艳泽、张华、陈玉红
GB/T223.81一2007 钢铁及合金总铝和总棚含量的测定 微波消解-电感耦合等离子体质谱法 范围 GB/T223的本部分规定了用微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定钢铁及合金中的总铝和总佣 含量 本方法适用于钢铁及合金中总铝和总碉含量的测定,总铝测定质量分数范围:0.0005%0.l0% 总棚测定质量分数范围:0.0002%一0.10% 规范性引用文件 下列文件中的条款通过在GB/T223的本部分中引用而构成为本部分的条款 凡是注日期的引用 文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适应于本部分,然而,鼓励根据本部分达 成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本 凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本 部分 GB/T6379.1测试方法与结果的准确度正确度和精密度第1部分:总则与定义 GB/T6379.1一2004,ISO5725-l:l994,IDT) GB/T6379.2测试方法与结果的准确度(正确度和精密度第2部分;确定标准测量方法的重 复性和再现性的基本方法(GB/T6379.22004,ISO5725-2:1994,IDT GB/T20066钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法(GB/T20066一2006,IsO14284: 1996,I[T) IS08655-2;2002柱塞式容量仪器 柱塞取液器 原理 借助微波消解炉,试料以盐酸,硝酸和氢氟酸混合酸分解,试液导人电感耦合等离子体质谱仪 测 量各元素同位素的质谱信号强度 校准空白和校准溶液以被测样品主体元素和样品分解酸进行基体匹 配,以镀和航为内标校正仪器灵敏度漂移和基体效应 试剂 除非另有说明,在分析中仅使用认可的高纯试剂和二次蒸馏水或相当纯度的水 4.1盐酸,p约1.19g/nmL,铝、碉含量应小于20ng/mL 4.2 硝酸,o约1.42g/mL,铝、碉含量应小于20ng/mL 氢氟酸,1十1,铝、碉含量应小于20ng/ml.,如大于20ng/ml,可采用等温扩散等方法提纯 等温 4.3 扩散提纯方法可参见资料性附录A 铝标准溶液,1000 pE/ml 称取0.2500g纯铝(质量分数不小于99.9%),用25mL盐酸(1十1)加热溶解,转移至250mL容 量瓶中,用水稀释至刻度,混匀 此标准溶液保存于聚乙烯瓶中 此溶液1ml含10004g铝 4.5棚标准溶液,l000"g/ml. 称取0.5720g在干燥器中预先干燥24h后的棚酸(H,BO质量分数不小于99.9%),用30mL水
GB/T223.81一2007 溶解,转移至100mL容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀 此标准溶液保存于聚乙烯瓶中 此溶液1mL.含1000g研 4.6铝碉混合标准溶液 4.6.1铝碉混合标准溶液A,l00.04g/ml铝,100.0g/mL砌 分别移取10.00ml铝标准溶液(4.4)和10.00ml棚标准溶液(4.5)至100ml容量瓶中,加人 5mL盐酸(4.1),用水稀释至刻度,混匀 此标准溶液保存于聚乙烯瓶中 此溶液1ml含100.0g铝和100.0g碉 4.6.2铝碉混合标准溶液B,10.00g/mL铝,10.004g/mL棚 移取10.00ml铝绷混合标准溶液A(4.6.1)至100ml容量瓶中,加人5ml盐酸(4.1),用水稀释 至刻度,混匀 此标准溶液保存于聚乙烯瓶中 此溶液1ml含10.004g铝和10.00g碉 4.6.3铝碉混合标准溶液C,1.004g/ml铝,l.00g/ml棚 移取10.00mL铝酬混合标准溶液B(4.6.2)至100mL容量瓶中,加人5mL盐酸(4.1),用水稀释 至刻度,混匀 此标准溶液保存于聚乙烯瓶中 此溶液1ml含1.00g铝和1.004g棚 锁标准溶液.,l00.04/ml. 称取0.1000g纯镀(质量分数不小于99.9%),用5mL硝酸(4.2)溶解,加95mL硝酸(4.2)后转 移到1000nml容量瓶中,用水稀释至刻度混匀 此标准溶液保存于聚乙烯瓶中 此溶液1ml含100.04g镀 航标准溶液,100.0"g/ml 4.8 称取0.1000g纯航(质量分数不小于99.9%),用5ml硝酸(4.2)溶解,加95mL硝酸(4.2)后转 移到1000nml容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀 此标准溶液保存于聚乙烯瓶中 此溶液1ml含100.0g航 4.9镀航混合标准溶液 4g.1镀航混合标准溶液A.10.008/mL镀和10.00g8/mL航 分别移取10.00ml镀标准溶液(4.7)和10.00ml航标准溶液(4.8)至100ml容量瓶中,加人 l0ml硝酸(4.2),用水稀释至刻度,混匀 此标准溶液保存于聚乙烯瓶中 此溶液1ml含10.0og镀和10.00p迟航. 4.9.2镀镜混合标准溶液B,2.004g/mL镀和2.004g/mL锐 移取20.00ml皱航混合标准溶液A(4.9.1)至100mL容量瓶中,加人5m硝酸(4.2),用水稀释 至刻度,混匀 此标准溶液保存于聚乙烯瓶中 此溶液1ml含2.004g镀和2.004g航 4.10铁基体溶液,50.0mg/mL 称取5.00g高纯铁(质量分数不小于99.95%,铝和棚质量分数小于0.0005%),加人30ml水. 分多次少量加人共25mL盐酸(4.1),低温加热,溶解完全后转移至100mL容量瓶中,用水稀释至刻 度,混匀 此溶液保存于聚乙烯瓶中 仪器与设备 玻璃仪器和塑料仪器 试验用塑料容量瓶,表面皿、石英烧杯或聚四氟乙烯烧杯,聚乙烯瓶,聚乙烯吸液管等 所有玻璃器 皿和塑料容器应用盐酸(1十4)清洗,然后再用水洗净 酸洗后的玻璃器皿和塑料容器中的铝碉浓度可 以通过测量注人其中的盐酸-氢氟酸混合酸(3十1十20)溶出铝碉浓度来进行检查 如果铝碉浓度大于 4ng/mL,则玻璃器皿和塑料容器不宜使用,并需更换
GB/T223.81一2007 5.2取液器 10m nl 取液器量程10l~100L.l00L~100L和】ml" ,应符合IsO8655-2;2002要求 5.3微波消解系统 微波消解系统包括微波炉,氟塑料(如PTFE,PFA,TFM等)高压消解罐(容积不小于50mL)及夹 持装置 微波消解系统必须有可编程温度/压力-时间控制功能,可以在消解过程中监测压力或/和温 度 微波炉必须有合格的安全保护装置和卸压装置 5.4电感稠合等离子体质谱仪 电感耦合等离子体质谱仪,配备耐氢氟酸溶液雾化进样系统 电感耦合等离子体质谱仪可以是四极杆质谱仪、磁扇质谱仪(高分辨质谱仪)和飞行时间质谱仪三 类仪器的任何一类 所有这三类仪器都需要使用氟气作为工作气体,在分析前先点燃等离子体预热 30min~60min以稳定仪器,其间用水清洗进样系统和炬管 具体预热时间依仪器类型不同而定 溶液进样系统可以自动进样,也可以手动进样 在仪器分析之前,根据仪器说明书设置仪器参数诸如输出功率、冷却气流量、辅助气流量、载气流 量、样品提升速度、样品提升时间、冲洗时间、数据采集模式、数据采集参数和重复次数等 将仪器说明 书推荐的标准溶液导人等离子体,调节仪器的离子传输系统和检测器参数,使仪器的适于测量 先对仪器进行质量校准、检测器校准和响应校准 校准溶液必须含有能覆盖所测量的质量数范围 通常含有L,Se.,Co,Rh.La,Pb,.Bi,U等元素,也可以是别的元素 待仪器稳定后进行测量 仪器经优化后必须符合以下条件 短时精密度应好于5% 测量10次与样品溶液相同基体的10ng/mL碉和铝溶液的棚和铝质谱信号强度,其相对标准偏差 应小于5% 5.4.2检出限应小于0.7ng/ml 检出限为浓度接近空白的溶液测量11次,测量浓度结果的标准差的3倍(3) 5.4.3测定下限应小于2ng/mi 测定下限为浓度接近空白的溶液测量11次,测量浓度结果的标准差的10倍(10a). 取制样 按GB/T20066或其他有关标准的规定取制样 操作步骤 7.1试料 称取约0.100g试样,精确至0.0001g 7.2空白试验 随同试料做空白试验 7.3测定 7.3.1试液的制备 将试料置于氟塑料高压消解罐中,加人3ml盐酸(4.I)lmL硝酸(4.2),盖上盖子在常压下放 置,待样品剧烈反应后,再加人1mL氢氟酸(4.3),加盖，置于夹持装置中,放人微波炉中,运行预先设 定的消解程序 消解程序结束后,冷却至室温后打开氟塑料高压消解罐,将溶液转移人100mL塑料容 量瓶中,用水洗涤氟塑料高压消解罐和盖子内壁(34)次,合并至塑料容量瓶中,加人5.00ml镀航混 合标准溶液B(4.9.2),用水稀释至刻度,混匀 7.3.2测量 电感耦合等离子体质谱仪按照5.4优化后,依据仪器说明书建立分析程序,按浓度由低到高顺序，
GB/T223.81一2007 溶液由蠕动泵导人,雾化器雾化后进人等离子体中,运行分析程序,同时测量aB或'B、”Al、'Be和Se 的同位素信号强度,以镀和饥为内标校正仪器测量灵敏度漂移和基体效应 试液和空白溶液中铝砌的 内标校正信号强度值之差为该试液的净信号强度 以此净信号强度从校准曲线上查得的浓度即为试液 中铝和棚的浓度 注l:在Al、B的ICPMS测量中,B无质谱重叠干扰;Al对于低分辨ICP-MS测量而言受多原子复合离子微弱干扰 和氮双原子离子峰展宽微弱干扰,对于高分辨质谱测量而言则无质谱干扰 多原子离子对A的干扰可以通 过优化仪器进样系统和功率或采用屏蔽炬技术来降低,氮双原子离子蜂展宽对A的干扰可以通过调高分辨 率降低 在低分辨ICPMS分析中,采用以上儿种手段可以降低至不影响Al的测定 7.3.3校准曲线绘制 7.3.3.1校准系列溶液配制 分别移取0,0.100nmL、0.200mL、0.500mL、1.00mL、10.00mL铝碉混合标准溶液c(4.6.3)和 5.00mL铝棚混合标准溶液B(4.6.2),10.00mL铝碉混合标准溶液B(4.6.2)于8个100mL塑料容 量瓶中各加人2.00ml铁基体溶液(4.1o)各加人5.00ml镀航混合标准溶液B(4.9.2),加人3ml 盐酸(4.l),1mL硝酸(4.2)和1ml氢氟酸(4.3),用水稀释至刻度,混匀 其中未加铝碉混合标准溶 液的溶液为校准空白溶液 7.3.3.2校准系列溶液测量 按浓度由低到高的顺序测量校准系列溶液的"B或'B,”Al"Be和Sc的同位素信号强度,测量操 作如7.3.2 校准溶液和校准空白溶液中铝础的内标校正信号强度值之差为该校准溶液的净信号 强度 7.3.3.3绘制校准曲线 以校准溶液的浓度为横坐标,以其净信号强度为纵坐标绘制校准曲线 注2:电感耦合等离子体质谱仪有很宽的适应范围,线性浓度范围达10以上量级,可以配制单一校准曲线 结果计算 被测元素含量以质量分数w计,数值以%表示,按式(1)计算 =xx0 ×100 7C n 式中: 在校准曲线上查得试液中被测元素质量浓度的数值,单位为纳克/毫升(ng/mL); 试液体积的数值,单位为毫升(ml); -试料质量的数值,单位为克(g) 7m 精密度 本方法的共同精密度试验由7个协作单位的8个实验室对碉元素的8个含量水平和铝元素的7个 含量水平进行测定每个实验室对每个元素的各含量水平在GB/T6379.规定的重复性条件下测定 3次,各实验室报出的原始数据(测定值)见附录D(资料性附录) 原始数据按照GB/T6379.2进行统 计分析,精密度见下表1 重复性限"和再现性限R 表1 水平范围/% 元素 重复性限r" 再现性限R 铝 r=0.000257十0.110192"n R =0.000347+0.199338m1 0.00050.10 硬 0.00020.10 lg=一1.54819+0,672343lgm lgR=一1.61324十0.537779lgm 重复性限()、再现性限(R)按以上表1给出的方程求得" 式中m是两个测定值的平均值,单位为%质量分数).
GB/T223.81一2007 在重复性条件下,获得的两次独立测试结果的绝对差值不大于重复性限(r),大于重复性限(r)的情 况以不超过5%为前提 在再现性条件下,获得的两次独立测试结果的绝对差值不大于再现性限(R),大于再现性限(R)的 情况以不超过5%为前提 10 试验报告 试验报告应包括以下内容: 所有辨别样品、实验室及分析数据所需的内容; a b)引用本部分所用的方法; c 结果及表达形式 d)测量过程中观察到的异常现象 e 任何本部分中未规定的操作或任何可能影响结果的操作; f 试验日期
GB/T223.81一2007 附 录A 资料性附录 等温扩散法提纯氢氟酸 氢氟酸提纯方法可用等温扩散方法进行,氢氟酸提纯装置示意如图A.1 装置中所有部件均采用 聚乙烯塑料 在内杯中定量加人水,将内杯置于支撑座上,在外杯中定量加人粗氢氟酸,盖上盖子,室温 下放置48h以上(时间与室温有关)即可得到提纯的氢氟酸,浓度与粗氢氟酸和水的比例相关,如果二 者体积比为l;1,则得到1十1)氢氟酸 盖子 内杯 提纯股 外杯 粗酸 支撑座 图A.1氢氟酸提纯装置示意
GB/T223.81一2007 B 附 录 资料性附录 微波炉消解程序 微波炉消解样品为高压作业,为安全起见.请严格遵守厂商提供仪器说明书使用规定,最高消解使 用温度和压强不得超过说明书规定范围 微波炉消解程序可参照表B.1,具体消解程序以厂商提供说 明书推荐并经实验验证优化为宜 在消解样品前请先用厂商推荐的酸清洗氟塑料(如PTFE,PFA. TFM等)高压罐 由于各厂商提供的产品不同,具体微波消解程序会有差异,请优先选用厂商提供消解程序 表B.1 消解程序仅供参考 表B.1微波炉消解程序 低温低压反应 中温中压反应 高温高压反应 压强 温度 保持时间 压强 温度 保持时间 压强 温度 保持时间 0.1MP; 50C 约 120C 30min 10~30)min[约0,3MPa 约15min (1.3一2.0)MPa180~220)C
GB/T223.81一2007 c 附 录 资料性附录 CPMS测定痕量棚和铝的干扰 同位素 干扰 "B B 7A 1C1N+,C1N,HC14N+,N+扩展峰
GB/T223.81一2007 附录D 资料性附录 微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定总铝和总棚的原始数据 表D. 铝含量(质量分数/% 实验室 水平-1 水平-2 水平-3 水平-4 水平-5 水平-6 水平-7 0.00034 0.00140 0,00710 0.0145 0.0259 0.0486 0.0935 0.00062 0.00129 0.00662 0.0159 0.0265 0.0482 0.0989 0.00049 0.00131 0.00625 0.0137 0.0226 0.0493 0.0996 0.00162 0.00546 0.0248 0,00029 0.0159 0.0483 0.0998 0.00042 0.00155 0.00542 0.0157 0.0247 0.0478 0.0994 0,00048 0.00161 0.00556 0.0155 0.0248 0.0480 0.099" 0.00041 0.00119 0.00651 0.o145 0.0241 0.0481 0.0982 0.00026 0.00704 0.0152 0.0257 0.0509 0.1o1 8 0.00135 3 0.00039 0.00149 0.00593 0.0156 0.0270 0.0503 0.099 0.00062 0.00148 0.00638 0.0152 0.0286 0.0514 0.1047 0.00074 0.00144 0.00682 0.0152 0.024 8 0.0518 0.1030 0.00063 0.00199 0.00668 0.0156 0.0259 0.0504 0.1o1 0.00138 0.00683 0.00024 0.0177 0.0277 0.0524 0.0962 0.00026 0.00129 0.00649 0.0178 0.0266 0.0531 0.111 0.00149 0.00024 0.00678 0.0183 0.0283 0.0528 0.1079 0.00050 0.00146 0,00730 0.015o 0.0264 0.0469 0.0978 0.00029 0.00121 0.0068o 0.0161 0.0239 0.0477 0.0968 0.00031 0.00159 0.00695 0.0162 0.0253 0,0514 0.0986 0.00040 0.00139 0.00540 0.0150 0.0258 0.0461 0.0927 0.00040 0.00132 0.00581 0.0162 0.0242 0.049" 0.102 0.00069 0.00118 0.00506 0.0145 0.0220 0.0454 0.0971 0.00052 0.0011 0.0052 0.0154 0.0193 0.0410 0.0940 0.00045 0.0012 0.0060 0.o161 0,0204 0,0387 0.0958 0.00053 0.0010 0.0057 0.0169 0.0229 0.0410 0.0944 表D.2 棚含量(质量分数)/% 实验室 水平-4 水平-7 水平-1 水平-2 水平-3 水平-5 水平-6 水平-8 0.00108 0,00322 0.0116 0.00039 0.00084 0.00478 0.0239 0.1003 0.00029 0.00062 0.00098 0.00300 0.00486 0.0106 0.0251 0.0988 0.00032 0.00075 0.00109 0.00336 0.00504 0.0108 0.0232 0,0975 0.00015 0.00061 0.00072 0.00288 0.00425 0.00933 0.0209 0,108o 0.00014 0,00051 0,00070 0.00289 0.00454 0.00939 0.0203 0.0981 0.00017 0.00051 0.00072 0.00266 0.00505 0.01020 0.0226 0.103o
GB/T223.81一2007 表D.2(续) 碉含量(质量分数)/% 实验室 水平-1 水平-2 水平-3 水平-4 水平-5 水平-6 水平-？" 水平-8 0.00019 0.00328 0.00965 0.0219 0.0994 0.00068 0.00069 0.00488 0.00026 0.00057 0.00082 0.00319 0.00501 0.00988 0.0247 0.1004 0,00038 0.00337 0.0203 0,0986 0,00073 0,00070 0.00490 0.00984 0,00062 0,00091 0.00278 0.00453 0,0994 0.01054 0.0199 0.00081 0.00090 0.00285 0.00460 0.01107 0.0197 0.098 0.01196 0.00056 0,00084 0.00281 0.00467 0.0203 0.0987 0.00041 0,00044 0.00079 0.00298 0.00480 0.0101 0.0201 0.0984 0.00030 0.00053 0,00085 0.00279 0.00501 0.0104 0.0197 0,0993 0.00060 12 0.00033 0.00046 0.00305 0.005 0.0108 0.0220 0.1010 0.00096 0.0964 0.00022 0,00345 0.00999 0.00045 0.0042 0.0200 0.00019 0.00055 0.00097 0.00357 0.00458 0.0112 0.0199 0.1040 0.00058 0.00097 0,00354 0.00451 0.0104 0,103o 0.00020 0.0201 0.00059 0.00089 0,00475 0.0107 0.0241 0.00010 0.00344 0.0992 0.00012 0.00053 0.00098 0.00299 0.00479 0.0112 0.0240 0.1027 0.00036 0.00057 0.00097 0.00331 0.00506 0.011 2 0.0240 0,0998 0.00007 0.00043 0.00094 0.00278 0.00426 0.0102 0.0229 0,00006 0,00046 0,00085 0.00271 0.00433 0.0100 0.0225 0.00005 0.00052 0.00089 0.00274 0.00422 0.0099 0.0230 10