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鋼鐵超低碳分析中降低助熔劑空白的探索
凌彬 鄔君飛 張毅
寶鋼鋼研所 上海 201900
摘要 控制和降低鋼鐵樣品超低碳分析中的空白水平是分析成功的關(guān)鍵。實驗發(fā)現(xiàn)助熔劑是空白的主要來源之一。助熔劑經(jīng)處理后不僅不影響助燃效果，而且使分析空白由原來的4μg/g左右降到處理后的1μg/g左右。
關(guān)鍵詞：鋼鐵 碳 測定 空白
Research on the Reduction of Accelerator Blank in Ultra Low Carbon Determination of Steel
Ling Bin Wu Junfei Zhang Yi
Baosteel Iron & Steel Research Institute
Shanghai 201900
ABSTRACT To control the blank to a very low level is crucial for ultra low carbon determination. The experiments showed that the accelerator accounted large part of the total blank. The accelerator with special treatment did not influence the effect of intensified burning,and the total blank level dropped dramatically from 4μg/g to about 1 μg/g .
Key words: Steel Carbon Determination Blank
1前言
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，高純、超純材料不斷開發(fā)，測定金屬中小于30μg/g甚至更低的碳已成為基本的分析要求。然而金屬材料中超低碳分析歷來是比較困難的問題［1］，它已成為分析人員努力的一個方向。
高頻感應(yīng)—紅外檢測方法問世以來，性能得到不斷提高和完善，有些紅外碳硫分析儀的測定精度達到0.00003％、靈敏度達到0.00001％，為超低碳分析提供了可靠的測定手段。但由于所用坩堝、助熔劑等會產(chǎn)生一定的空白，空白值的大小及其穩(wěn)定性直接影響到檢測下限和測定結(jié)果的重現(xiàn)性，控制和降低空白水平就成為測定超低碳的關(guān)鍵［2］～［5］。本文在助熔劑產(chǎn)生的空白方面作了一些探索。
2儀器、試劑及分析條件
2.1坩堝 LECO坩堝，在1300℃高溫爐中加熱4小時，取出，在干燥器（不涂油）中冷卻至室溫立即使用。
2.2 儀器 CS－444 （HF－400）碳硫分析儀。
2.3 助熔劑
（1）國產(chǎn)鎢粒：1＃，2＃，3＃，4＃。
（2）進口鎢粒：5#。
（3）錫粒：上海鋼研所供貨，C＜0.0010％。
在實際樣品分析時，未經(jīng)特別注明，則分析測定中鎢加入量為1.5勺，錫加入量為0.5勺。
2.4分析條件 清洗時間20秒，預(yù)分析時間25秒，比較器水平1.0，氧氣純度99.995％,流量3L/min。
3試驗結(jié)果及討論
3.1 儀器冷、熱態(tài)基線的確認
清洗及預(yù)分析時間長短、氧氣純度及流量大小等設(shè)置不當(dāng)都會給分析帶來空白［2］～［5］。為此我們做了冷、熱態(tài)基線實驗。采用上述的儀器分析條件，不加坩堝和樣品進行一次碳分析，即冷態(tài)基線實驗；同樣采用上述的分析條件進行一次樣品分析，分析結(jié)束后不移走坩堝，立即再執(zhí)行一次不加樣品和助熔劑的分析（模擬在實際熱態(tài)分析時測定的情況），即熱態(tài)基線實驗。積分情況如圖1所示，C＝0.00000％。由此證明在設(shè)置的儀器分析條件下空白為0。
圖1冷、熱態(tài)下空白分析的積分情況
3.2坩堝和助熔劑所造成的空白情況
儀器分析條件設(shè)置好后，為進一步分析空白的來源，對坩堝和助熔劑引起的空白進行了分析。
表1 整體分析空白的測定
助熔劑 | 5次實測平均值, μg/g | 標準偏差s, μg/g | C.V％ |
1＃ | 3.2 | 0.28 | 8.75 |
2＃ | 2.0 | 0.12 | 6.00 |
3＃ | 3.7 | 0.23 | 6.37 |
4＃ | 3.5 | 0.24 | 6.86 |
5# | 1.4 | 0.12 | 8.57 |
注：質(zhì)量輸入1g，不加錫
表1是坩堝和助熔劑的分析空白。從表1可知分析空白在1.4至3.7μg/g,2#和5#助熔劑的質(zhì)量較好。
鎢雖是測定碳的良好的助熔劑［6］，但由于鎢有一定的空隙度［7］，而且受實驗室內(nèi)空氣濕度影響而使鎢粒表面很可能吸附環(huán)境中的CO2［4］，從而造成對碳測定的影響。圖2～圖6是1#至5#助熔劑的表面形貌掃描圖，通過比較可知2#和5#助熔劑表面致密度較高而1#、3#和4#助熔劑表面致密度較低，所以2#和5#助熔劑的分析空白較低而1#、3#和4#助熔劑的分析空白較高。
表2 坩堝和處理前后的助熔劑空白對比
助熔劑 | 助 熔 劑 | 未 經(jīng) 處 理 | 助 熔 劑 | 經(jīng) 處 理 |
助熔劑加入量 | 3次實測平均值,μg/g | 助熔劑加入量 | 3次實測平均值,μg/g | |
1＃ | 1.5勺鎢 | 3.0 | 1.5勺鎢 | 0.8 |
3勺鎢 | 5.1 | |||
3＃ | 1.5勺鎢 | 3.2 | 1.5勺鎢 | 0.8 |
3勺鎢 | 5.9 | |||
4＃ | 1.5勺鎢 | 3.2 | 1.5勺鎢 | 0.9 |
3勺鎢 | 5.4 |
注：質(zhì)量輸入1g，不加錫。
表2是1#、3#和4#助熔劑處理前后的分析空白情況對比，這里助熔劑的加入量按表2中所列。從表2可推知坩堝的實際空白值很低，在1μg/g以下。同時可看出未經(jīng)處理的1#、3#和4#鎢助熔劑空白值在2至3μg/g。因此分析空白主要來自助熔劑，而經(jīng)過處理后的鎢助熔劑分析空白大為下降，空白值在0.8μg/g左右。圖7是3#助熔劑經(jīng)過處理后的表面形貌掃描圖，很明顯，經(jīng)過處理后3#助熔劑表面致密度有較大提高，即表面空隙度降低了，故其分析空白也下降了。
3.3助熔劑經(jīng)過處理后的分析空白精度實驗
通過上面的實驗，我們了解了分析中空白主要來自助熔劑，而經(jīng)過處理后助熔劑所造成的空白大為下降。為進一步了解經(jīng)過處理后助熔劑的分析空白情況，測定了不同時間的助熔劑經(jīng)過處理后的分析空白，其精度測定結(jié)果如表3所示。
表3助熔劑經(jīng)過處理后的分析空白精度測定
助熔劑 | 10次分析平均值,μg/g | 標準偏差s,μg/g |
| 0.85 | 0.092 |
1# | 0.88 | 0.15 |
| 0.85 | 0.11 |
| 1.07 | 0.078 |
3# | 0.94 | 0.22 |
| 0.87 | 0.17 |
| 0.95 | 0.090 |
4# | 1.01 | 0.096 |
| 0.89 | 0.21 |
注：質(zhì)量輸入1g。
從表3可以看出，助熔劑經(jīng)過處理后，分析空白大大降低而且波動小。分析空白值為1.0μg/g左右，標準偏差在0.22μg/g以下。
4.實際應(yīng)用
為檢驗經(jīng)過處理的助熔劑其助熔效果是否發(fā)生變化，選取3＃助熔劑進行了一些標樣和樣品分析，其結(jié)果見表4。
表4經(jīng)過處理的助熔劑按正常分析條件測定樣品的結(jié)果
樣品號 | 標準值 μg/g | 5次分析平均值 μg/g | 標準偏差s μg/g | C.V,％ |
GBW 01311 | 4300 | 4300 | 14.0 | 0.32 |
LECO 501-673 | 5 | 5.5 | 0.45 | 8.25 |
NIST 2165 | 59 | 59 | 0.92 | 1.55 |
805052 | (生產(chǎn)樣品) | 24 | 0.53 | 2.24 |
表4結(jié)果表明樣品測定結(jié)果準確可靠，令人滿意。
5.結(jié)論
（1）通過對鋼鐵中超低碳分析諸因素所造成的空白分析，發(fā)現(xiàn)助熔劑是空白的主要來源。
（2）助熔劑經(jīng)過處理后的分析空白由原來的3μg/g至4μg/g下降到1μg/g左右，標準偏差不大于0.25μg/g，而且實驗證明經(jīng)過處理的助熔劑分析樣品時結(jié)果準確可靠，令人滿意。
（3）實驗證明對助熔劑進行處理是降低空白的一個有效方法，從而大大提高了鋼鐵中超低碳分析的精度和準確度。
參考文獻
［1］冶金部有色金屬研究院，稀有金屬中氣體分析方法，冶金工業(yè)出版社，1973年，第102頁。
［2］賈沛民 朱艷，理化檢驗－化學(xué)分冊，Vol.31 No.3(1995)，160(32)。
［3］趙修海 朱恒芳，理化檢驗－化學(xué)分冊，Vol.32 (1996)，24(24)。
［4］宋維第，冶金分析，1989，9，(4)，38。
［5］鐘其云，冶金分析，1992，12(2)，52。
［6］方少垣，冶金分析，1991，11(3)，34。
［7］方少垣，冶金分析，1990，10(2)，61。
