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嘉峪檢測網(wǎng) 2024-07-03 18:28
超低碳控氮00Cr17Ni12Mo2奧氏體不銹鋼又稱核級316（316NG）不銹鋼，目前主要應用于制造核電站反應堆一回路系統(tǒng)中的主管道。核電主管道作為冷卻劑的循環(huán)裝置，是反應堆系統(tǒng)冷卻劑承受壓力邊界的主要部分，被譽為核電站的“主動脈”。冷卻劑中含有酸性腐蝕性物質(zhì)，因此在核裂變期間，主管道工作條件十分苛刻，必須具有足夠的耐高溫、耐高壓和耐腐蝕性能，以確保反應堆的安全正常運轉(zhuǎn)。當合金中碳含量低于一定值時，添加適量稀土元素鈰能有效降低材料中非金屬夾雜物和氣體含量，對改善鋼材性能具有重要作用，特別是對提高鋼材的耐點蝕和耐晶間腐蝕性能具有特效。鑒于此，開發(fā)一種快速、準確的分析方法檢測316NG不銹鋼中鈰的含量，對控制產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和保障電站安全具有重要意義。
目前，這類材質(zhì)的分析方法主要包括光電直讀光譜法和X射線熒光光譜法。然而，由于市場上無法購買到同牌號材質(zhì)的含鈰標準樣品，且這兩種方法無法消除基體元素鐵對待測元素的影響，故在分析痕量鈰時均存在分析不準確的缺點。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）具有檢出限低、測定范圍寬、靈敏度高、易于消除基體效應和元素共存干擾等優(yōu)點，在稀土元素的檢測領(lǐng)域得到了廣泛應用。
本文通過對分析譜線選擇、基體效應消除、干擾元素確認、精密度及加標回收試驗和標準物質(zhì)驗證試驗等進行研究，提出了ICP-AES測定316NG不銹鋼中痕量鈰的方法。
1、試驗方法
采用臺式鉆床將316NG不銹鋼原料緩慢鉆為屑狀（防止過熱），將屑狀樣品轉(zhuǎn)移至玻璃燒杯中，加入乙醇至剛好淹沒，于超聲清洗機中清洗3min后取出，用吹風機吹干備用。
準確稱取0.1g樣品于燒杯中，加入15mL現(xiàn)配體積比為1∶3∶4的硝酸-鹽酸-水混酸溶液，置于150℃電熱板上消解30min，完全溶解后加入5mL30%過氧化氫溶液分解破壞溶液中游離碳，恒溫3min后取下冷卻至室溫，用水定容至100mL容量瓶中，混勻，按照儀器工作條件測定。同時進行空白試驗。
鈰含量的計算
按照式（1）計算樣品中鈰質(zhì)量分數(shù)w。
2、結(jié)果與討論
2.1 溶樣方法的選擇
目前常用的不銹鋼溶解體系是鹽酸-硝酸-氫氟酸混酸體系，但氟與稀土元素鈰反應會生成氟化鈰沉淀，導致痕量鈰分析值偏低，故試驗嘗試采用鹽酸-硝酸混酸體系溶解樣品。鹽酸-硝酸混酸中以王水（鹽酸和硝酸的體積比為 3∶1）對不銹鋼的腐蝕能力最強，但在溶解樣品過程中，考慮酸液蒸發(fā)，直接用王水溶解樣品會導致定容后樣品溶液的酸度不一致，影響數(shù)據(jù)準確度，經(jīng)探索試驗可知，用硝酸、鹽酸和水按體積比1∶3∶4配制的混酸溶液溶解樣品效果較好。因此，試驗選擇現(xiàn)配體積比為1∶3∶4 的硝酸-鹽酸-水混酸溶液進行溶樣。
2. 2 分析譜線、基體效應及共存元素干擾
316NG不銹鋼中含有大量的基體鐵元素和少量共存元素鉻、鎳、鉬。根據(jù)儀器譜線庫提供的推薦波長，初選鈰的 3 條 分 析 譜 線393.109，404.076，535.353nm，在儀器工作條件下，對質(zhì)量分數(shù)為0.0005%的鈰單元素標準溶液進行測定。結(jié)果表明，鈰元素在3條譜線下的測定值分別為0.0048%，0.0048%，0. 005 2%，均非常接近已知值，故無法僅憑此選擇譜線。因此，繼續(xù)對基質(zhì)匹配的鈰標準溶液系列進行測定，結(jié)果如表1所示。
表1 不同鈰分析譜線下基體匹配的鈰標準溶液系列中鈰的質(zhì)量分數(shù)
由表1可知，在Ce 404.076nm 分析譜線處的測定值更為準確，因此試驗選擇鈰的分析譜線為Ce 404.076nm。
圖1為Qtegra軟件掃描基體匹配的鈰標準溶液系列的圖譜。
由圖1可知：鐵元素在404.064nm波長處出現(xiàn)明顯干擾峰，因此標準溶液的配制中必須考慮鐵的基體效應。而共存元素鉻、鎳、鉬對應分析譜線處均未觀察到干擾峰出現(xiàn)，結(jié)合表1可知，這3種元素對所選鈰分析譜線無干擾。因此，為避免鐵基體效應的干擾，試驗選擇基體匹配法定量。
2. 3 工作曲線和檢出限
按照儀器工作條件測定基體匹配的鈰標準溶液系列，以鈰元素的質(zhì)量濃度為橫坐標，其對應的響應強度為縱坐標繪制工作曲線。結(jié)果表明：鈰元素的質(zhì)量濃度在100mg·L-1以內(nèi)與對應的響應強度呈線性關(guān)系，線性回歸方程為y=1.942×104x+8.450×10，相關(guān)系數(shù)為 0.9997。在儀器工作條件下連續(xù)測定11次空白溶液，以3倍空白值的標準偏差s計算檢出限（3s），結(jié)果為0.0004%。
2.4 精密度試驗
目前市場上無法購買到316NG不銹鋼同牌號材質(zhì)的含鈰標準物質(zhì)，故按照上述的試驗方法，分別對1~4號4個316NG不銹鋼樣品中的鈰元素進行10次獨立連續(xù)測定，計算測定值及其相對標準偏差（RSD），結(jié)果如表 2所示。
表2 精密度試驗結(jié)果（n=10）
由表2可知，4個樣品中鈰元素測定值的RSD均小于 5.0%，說明該方法重復性高，具有較好的精密度。
2.5 準確度試驗
2.5.1 加標回收試驗
分別在1~4號樣品中加入2個濃度水平的鈰元素，按照上述試驗方法制備待測樣品溶液，計算回收率，結(jié)果如表3所示。
表3 回收試驗結(jié)果
由表3可知，4個樣品中鈰元素的回收率為95. 5%~103%，初步表明該分析方法的準確度較高，能滿足316NG不銹鋼樣品的檢測要求。
2.5.2 標準物質(zhì)驗證試驗
根據(jù)前文基體及共存元素干擾情況判斷，在無同牌號標準物質(zhì)的情況下，選擇中低合金鋼含鈰標準物質(zhì)進行方法準確度驗證最佳，故選擇牌號為GH56（屑樣）鐵鎳基標準物質(zhì)（鈰元素認定值為0.0063%）進行方法準確度驗證，按照試驗方法每個樣品平行測定3次。結(jié)果顯示，鈰元素的測定值分別為0. 0069%，0.0066%，0.0068%，平均測定值為0.0068%，與認定值基本一致，進一步證明方法準確度較高。
3、論文總結(jié)
本文提出了ICP-AES測定316NG不銹鋼中鈰含量的方法，方法靈敏度、精密度、準確度高，可滿足 316NG 不銹鋼中痕量鈰的檢測要求。但基體鐵元素對鈰的分析影響較大，必須考慮基體效應的消除，而共存元素鉻、鎳、鉬不存在干擾。
作者：李浩林，王瑜，楊慧，李文彪，李京川
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來源：《理化檢驗-化學分冊》2024年第5期
來源：理化檢驗化學分冊
