碳素钢、中低合金钢和不锈钢的火花源原子发射光谱分析

1.方法提要

将制备好的块状样品作为一个电极，用火花源发生器使样品与对电极之间激发发光，并将该光束引入分光室，通过色散元件将光谱色散后，对选定的分析线和内标线的强度进行测量，根据标准物质制作的校准曲线，计算分析样品中待测元素的含量。

本方法适用于碳素钢和低合金钢（包括转炉、电炉、感应炉、电渣炉等铸态或锻轧样品）及不锈钢中各元素的分析。元素测定范围见表2-12。

表2-12 元素测定范围

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2.仪器

火花源原子发射光谱仪，主要由以下单元组成：

（1）激发光源 激发光源应是一个电容放电稳定的光源。

（2）火花室 火花室应使用氩气保护。火花室直接装在分光计上，有一个氩气冲洗火花架，并放置平面样品和棒状对电极。火花室的氩气路应能置换分析间隙和聚光镜之间光路中的空气，并为分析间隙提供氩气气氛。

（3）氩气系统 氩气系统主要包括氩气容器、两级压力调节器、气体流量计和能够按照分析条件自动改变氩气流量的时序控制部分。氩气的纯度及流量对分析测量值有很大的影响，必须保证氩气的纯度大于或等于99.99%，否则必须使用氩气净化装置，并且氩气的压力和流量必须保持恒定。

（4）对电极 不同型号的设备使用不同的对电极。一般使用直径为4～7mm，顶端加工成40°～120°的圆锥钨棒（或银棒），其纯度应大于99%，也可使用直径为1mm的平头钨电极。每个实验室应根据具体情况确定更换对电极的时间。

（5）分光计 一般分光计的一级光谱线色散的倒数应小于0.6nm/mm，焦距为0.5～1.0m，波长范围为165.0～511.0nm。分光计的真空度应在3Pa以下，或充高纯氮气、惰性气体保护（纯度大于或等于99.999%）。

（6）测光系统 测光系统应包括接收信号的光电转换检测器、积分器、直接或间接记录积分器上电压的测量单元和为所需要的时序而提供的必要的开关电路装置。

3.取样和样品制备

（1）取样 按照GB/T 20066—2006的要求进行取样，所取样品表面应能保证不重叠激发两点，样品厚度应大于或等于3mm。

分析样品应保证均匀、无缩孔和裂纹，制取铸态样品时应将钢液注入规定的模具中，用铝脱氧时，脱氧剂含量不应超过0.35%（质量分数），钢材取样时应选取具有代表性的部位。

（2）样品的制备 从模具中取出的样品，一般在其高度方向的下端1/3处截取；未经切割的样品，其表面必须去掉1mm的厚度。切割设备采用装有树脂切割片的切割机。

通常要求分析样品的直径大于16mm，厚度大于2mm，并保证样品表面平整、洁净。研磨设备可采用砂轮机、砂纸磨盘或砂带研磨机，也可采用铣床等加工。

标准样品和分析样品应在同一条件下研磨，不得过热。

注意：选择不同的研磨材料可能给相关的痕量元素检测带来影响。

（3）标准物质、标准化样品和控制样品

1）标准物质（标准样品）：标准物质（标准样品）是日常分析时绘制校准曲线所需的有证参比物质。所选用标准物质中各分析元素含量必须有适当的梯度。所选标准物质与被测样品的组成应尽可能接近。

2）标准化样品（再校准样品）：仪器状态的变化会导致测定结果的偏离。为直接利用原始校准曲线，求出准确结果，用两个样品对仪器进行标准化，这种样品称为标准化样品（再校准样品）。该样品必须是非常均匀的，且被校准元素的含量分别取每个元素校准曲线的上限和下限附近的含量。它可以从标准样品中选出，也可以专门冶炼。(www.xing528.com)

3）控制样品：控制样品应与分析样品组成相近，应与分析样品有相同的冶炼过程，并与分析样品在相同条件下制样。控制样品可以是市售的标准物质，也可以是自制的样品，用可靠的分析方法确定其化学成分的含量。它用于检查测量结果是否可靠，测量过程是否在受控状态。

4.仪器的准备

放置光谱仪的实验室应防震、洁净，一般室内温度应保持在16～30℃，在同一个再校准周期内室内温度变化不超过5℃，相对湿度应小于80%。

（1）电源 为保证仪器的稳定性，电源电压变化小于10%，频率变化小于2%，保证交流电源为正弦波；根据仪器使用要求，配备专用地线。

（2）激发光源 为使激发光源电器部分工作稳定，在开始工作前应使其有适当的通电时间。用电压调节器或稳压器设备将供电电压调整到仪器所要求的数值。

（3）对电极 对电极需定期清理、更换并用定距规调整分析间隙，使其保持正常的工作状态。

（4）光学系统 聚光镜必须定期清理，定期校正入射狭缝位置。

（5）测光系统 停机后，重新开机，一般应保证通电时间不小于8h，使测光系统工作稳定。通过制作预燃曲线选择分析元素的适当预燃时间。积分时间是以分析精度为基础进行试验而确定的。

（6）分析条件 推荐的分析条件见表2-13。推荐的分析线与内标线见表2-14。

表2-13 推荐的分析条件

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表2-14 推荐的内标线和分析线

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5.分析步骤

1）分析工作前，先激发一块样品2～5次，确保仪器稳定，使仪器处于最佳工作状态。

2）校准曲线的制作：在所选定的工作条件下，激发一系列标准物质，每个样品至少激发3次，以每个待测元素相对强度的平均值和标准物质中该元素的含量绘制校准曲线。

3）定期使用标准化样品（再校准样品）对仪器进行再校准，校准的间隔时间取决于仪器的稳定性，并用控制样品检查分析结果的可靠性。

4）按选定的工作条件激发标准物质和分析样品，每个样品至少激发2次或3次，取平均值。