上海毫材 浅谈ＩＣＰ—ＡＥＳ分析不锈钢 低合金钢中微量元素 车燕萍陈胜超唐炜 摘要：对ＩＣＰ—ＡＥＳ法测试不锈钢、低合金钢中的微量元素进行研究。归纳并总结出了一个操作 简便，准确度高，适用于日常分析检测的方法。并与传统化学法作比较，优势明显。 关键词：ＩＣＰ—ＡＥＳ钢材微量元素 电感耦合等离子体发射光谱分析（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｗ、Ｖ、Ｍ０、Ｃｕ、Ｍｇ、ｚｎ、Ａｌ等复杂低含量元素也都可 Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ—Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ以下 以同时检测。 简称ＩＣＰ—ＡＥＳ）是本世纪六十年代中期发展起来的 ２样品前处理 一种新型原子发射光谱分析法，它是以电感耦合等 目前国内对低合金钢、不锈钢的国标方法多为 离子体光源代替经典的激发光源（电弧、火花），而其 化学分析法。经典的分光光度法应用广泛，有灵敏度 后的分光检测系统与原有光谱法并无两样。但由于 高、选择性好、准确度高、适用范围广等优点。但不同 ＩＣＰ—ＡＥＳ的光源特点、适用范围、分析方法等均与经 元素的显色反应的反应条件较为苛刻，需要掩蔽干 典的光谱分析有所不同，它已形成一种独立的分析 扰离子、苛刻的显色环境。很少可以做到一次溶样测 手段。目前ＩＣＰ—ＡＥＳ主要用于溶液分析。 试多个元素。这就导致了经典化学分析法步骤繁琐， １技术水平和发展趋势 易被干扰检测周期较长，消耗化学试剂量大等缺点。 ＩＣＰ技术经过２０多年的发展，已经相当成熟， 而且每次分析样品数量也相当有限。 目前广泛应用于各行业产品的元素分析，特别是钢 通过查阅文献，在实验室对各种分析方法进行 铁、环境监测等方面。 尝试，总结优点，摸索出了一个快捷、方便、损耗小的 特别是对于国际标准，常规的非放射性元素一 方法。 般都采用ＩＣＰ方法，相应的我国进出口材料的元素 此方法适用于测试不锈钢中铝、钴、铬、铜、锰、 分析标准也均采用ＩＣＰ方法。 钼、镍、硅、锡、钛、钒、钨的元素测定。具体样品的前 ＩＣＰ的引入能有效解决许多检测产品和参数的 处理如下： 分析效率低、分析周期长、资源（特别是人力资源）消 称取不锈钢样品０．１０００ｇ于２５０ｍＬ聚四氟乙烯 耗的严重问题。因为ＩＣＰ原理是探测元素本身的发 烧杯中，加人１５ｍＬ混合酸（硝酸：盐酸：水＝ｌ：３：１２）， 射光谱，不是通过化学反应显色的方式，所以只要样 低温加热，加热过程中注意控制温度和溶液体积，必 品和标样是同样的基体环境，酸碱度与溶剂类型一 要时可补加蒸馏水。待反应完全，继续加热２０ｍｉｎ后 致就可以完全避免基体不同、介质不一而不能一次 加热煮沸，直到不产生棕色气体，取下冷却。若溶解 溶样问题。对于钢铁、合金的分析都可以做到一次溶 后有过多残渣，需要用０．４５ ｍ的滤膜过滤，将滤液 样，一次分析所有元素的含量，当然不仅仅局限于现 转移至１００ｍＬ容量瓶定容。 有的５元素，只要是常周期、非惰性、非放射性的元 取上述溶液ｌＯｍｌ至５０ｍｌ容量瓶中，用蒸馏水 素，都可以一次性分析完成。ＩＣＰ的引入更能极大的 定容后，上ＩＣＰ—ＡＥＳ进行微量元素分析。 拓展产品和分析参数的范围。今后钢铁、合金产品的 ３ ＩＣＰ—ＡＥＳ分析的特点和优势 检测种类可以大大拓宽，参数的范围也能包括几乎 本方法用的仪器是美国ｔｈｅｒｍｏ公司的ＩＣＰ—ＡＥＳ 所有的元素。现在不能测试的不锈钢、铸铁、铜管、铜 ６０００ Ｓｅｒｉｅｓ，配有电荷耦合（ＣＩＤ）检测器可以从 合金将全部能够检测，以前测试方法较为复杂的Ｎｉ、 １６６ｎｍ到８００ｎｍ全谱直读分析。在制冷环境中工作 科 技 前 沿 可以使暗电流或热生电荷降到很低水平，而且具有 光谱响应范围宽，量子效率高、线性范围宽、图像质 量高、实时监测能力强等特点。ＩＣＰ—ＡＥＳ在全波段都 非常稳定，可以同时分析不锈钢、低合金钢中ｌ０多 种微量元素。 对分析方法的检出限和测定的可靠性起着重要作用。 因而进样技术的研究极为活跃，主要表现在进样装置 的改进和各种分离富集技术的应用。与其它进样方法 相比，溶液样品引人等离子体具有相对简单眭和可靠 性，故一直是ＩＣＰ光谱法最常用的进样方法。因此溶 液的粘度、比重及表面张力等均对雾化过程、雾滴粒 径、气溶胶的传输以及溶剂的蒸发等都有影响，粘度 低的酸有助于溶液的雾化。而粘度又与溶液的组成、 新 闻 信 息 对等离子发射光谱原理进行学习和讨论，通过 对不锈钢标准样品进行反复试验后总结出使用ＩＣＰ 分析不锈钢微量元素具有以下优点： （１）由于不锈钢样品溶解后，溶液的组成相对复杂， 酸的浓度种类及温度等因素相关。酸的浓度和种类对 而且不锈钢中各｛熄元素含量范围较宽（０．０２０％～２０％）。 相比ＩＣＰ—ＭＳ检测溶液的盐含量一般小于０．５％， ＩＣＰ—ＡＥＳ可以检测最高３０％盐含量的溶液，同时还 具有很好的检出限。 （２）不锈钢中元素百分含量跨度较大。而 ＩＣＰ—ＡＥＳ的线性范围可以达到１０５，是分析百分含 量级样品最理想的分析仪器，故分析常见微量元素 ＩＣＰ—ＡＥＳ一般更被实验室所青睐。 （３）ＩＣＰ—ＡＥＳ最多可以同时分析３０种元素。由 于离子化的温度通常在５０００ｋ～７０００ｋ，不存在化学 干扰和电离干扰。虽然ＩＣＰ—ＡＥＳ存在很多光谱问的 互相干扰，但是它激发谱线时的能量非常强，激发出 来的谱线很多，可以通过选择谱线波长，来克服光谱 干扰。 （４）ＩＣＰ—ＡＥＳ表现出很好的稳定性。通过实验表 明，各元素ＩＣＰ—ＡＥＳ短期稳定性测试ＲＳＤ可控制在 Ｏ．３％～２％。长期稳定性测试ＲＳＤ也可以控制在５％ 以下。 （５）关于ＩＣＰ—ＡＥＳ的使用和操作。ＩＣＰ—ＡＥＳ的 分析方法大多为半自动分析。可以做到一次建方法 多次使用，若配有自动进样器的ＩＣＰ—ＡＥＳ则可以更 大程度地提高工作效率，并且对人员操作要求很低。 另外，ＩＣＰ—ＡＥＳ可以分为元素的顺序检测和同时检 测。ＩＣＰ—ＡＥＳ的检测速度也是由此决定的，目前大部 分实验室主要以同时检测的ＩＣＰ—ＡＥＳ为主，这种类 型的ＩＣＰ—ＡＥＳ的检测速度相对较快，一般可以达到 ２分钟／样品。 （６）从经济角度上出发，ＩＣＰ—ＡＥＳ的使用费用和 维护费用还是比较适中的。ＩＣＰ—ＡＥＳ几乎没有消耗 配件。只要做好日常维护，主要的费用就是等离子气 （氩气）和实验中所用到的标准物质。 ４ ｌＣＰ—ＡＥＳ分析的影响因素和解决方法 对ＩＣＰ光谱法而言，样品引入方式及传输过程 溶液的物理性质也有明显的影响。相同的酸度时，粘 度以下列的次序递增ＨＣ１≤ＨＮＯ，＜ＨＣ１０４＜Ｈ ＰＯ ≤ Ｈ ＳＯ 。其中ＨＣ１和ＨＮＯ，的粘度比较接近且较小，而 Ｈ，ＰＯ 、Ｈ ＳＯ 的粘度大且沸点高。因此在ＩＣＰ光谱 分析的样品处理时，尽可能用ＨＣＬ和ＨＮＯ ，而避免 使用Ｈ３ＰＯ 和Ｈ２ＳＯ４。 由于ＩＣＰ试样是在通道里进行蒸发、离解、电离 和激发的，试样成分的变化对于高频趋肤效应的电 学参数的影响很小，因而易电离元素的加入对离子 线和原子线强度的影响比其他光源都要小，但实验 表明这种易电离干扰效应仍对光谱分析有一定的影 响。对于水平观察ＩＣＰ光源，这种易电离干扰相对明 显一些。保持待测的样品溶液与分析标准溶液具有 大致相同的组成也是十分必要。 光谱干扰是ＩＣＰ光谱分析中比较难解决的问题， 由于ＩＣＰ的激发能力很强，几乎每一种存在于ＩＣＰ 中或引入ＩＣＰ中的物质都会发射出相当丰富的谱线， 从而产生大量的“光谱干扰”。 光谱干扰主要分为两类，一类是谱线重叠干扰， 它是由于光谱仪色散率和分辨率的不足，使某些共 存元素的谱线重叠在分析上的干扰。另一类是背景 干扰，这类干扰与基体成分及ＩＣＰ光源本身所发射 的强烈的杂散光的影响有关。对于谱线重叠干扰，采 上海建用高分辨率的分光系统，决不是意味着可以完全消 除这类光谱干扰，只能认为当光谱干扰产生时，它们 可以减轻至最小强度。因此，最常用的方法是选择另 外一条干扰少的谱线作为分析线。 选择谱线时，遵循高含量元素选择次灵敏谱线， 低含量元素选择最灵敏谱线（详见表１）。 综上所述，ＩＣＰ—ＡＥＳ分析法虽然也有一些影响 因素，但完全可以通过简单的操作避免。通过多次实 验证明，ＩＣＰ—ＡＥＳ法和化学分析法检测同一样品结 果只有很小的误差，而ＩＣＰ—ＡＥＳ法则操作简单时间 Ｐ１７ 新 材 料 新 技 术 材 一豫 ０。ｌ—ｌｌｌ： ＿ √ＩＩＩ 纳米技术与水性木器涂料 苑金生 摘要：介绍了纳米学科的兴起、纳米材料的结构特性，几种重要的纳米材料及其在涂料中的作 用，纳米水性木器涂料的功能性，纳米水性木器涂料的制备及实验研究以及我国高性能纳米木 器涂料进入水性化时代。 关键词：纳米技术水性木器涂料 以前我们在研究材料的性质和结构时，长期停 目前，全世界因生产溶剂型涂料，每年排放到大 留在微米阶段（１０ ｍ），在这一量级范围内，材料自 气中的有机溶剂约为１ ０００万ｔ，既浪费资源，又污 身的内在潜力远没有得到充分发挥和利用，材料的 染环境。且这些溶剂型涂料又大多应用于家庭和办 性能和结构存在很大缺陷。纳米材料是指尺寸为纳 公环境，造成长时间接触的人因呼吸含有机物的气 米（１０ ｍ）级（１ＯＯｎｍ～１０２ｎｍ）的超微颗粒，经压制、烧 体而中毒甚至导致癌症。因此，生产环保型纳米水性 结或溅射而成的人工凝聚态固体。它是２０世纪８０ 木器涂料迫在眉睫。虽然纳米材料在水性木器涂料 年代刚刚发展起来的先进材料。１９８４年，德国和美 中的应用在国内还处于初级阶段，但是，纳米技术作 国的科学家在实验室首先制造出这种纳米材料，被 为一项新兴技术必将给水性木器涂料工业带来新的 誉为“２ｌ世纪最有前途的材料”。１９９０年７月在美国 起点。 召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳 １纳米材料的结构性能 米材料科学为材料科学的一个新分支。纳米科技一 １．１第三固态结构 跃成为席卷全球的研究热点。纳米科学给物理、化学、 纳米材料具有特殊的结构。由于组成纳米材料 材料学、生物学、医学等学科的研究带来了新的机遇， 的超微粒尺度属纳米量级，这一量级大大接近于材 为交叉学科的发展提供了新的思路。 料的基本结构——分子甚至于原子，其界面原子数 较短。 相信在不久的未来，ＩＣＰ—ＡＥＳ分析方法会逐渐取代 经典的化学分析和原子吸收光谱法，成为元素分析 元素 ／ｎｍ 元素 ／ｎｍ 的主流方法。 Ａｌ ３９６．１ Ｎｉ ２３１．６ 参考文献 Ｃｏ ２３０．７，２３７．８ Ｓｉ ２５１．６ ［１］胡晓江，谷福．ＩＣＰ－ＡＥＳ测定高纯铜中多种杂质元素．现代 Ｃｒ ２８４．３ Ｓｎ １８９．９ 仪器，２００８．４． Ｃｕ ２１９．９ Ｔｉ ３３７．２ ［２］杨祥，金泽祥．电感耦合等离子体原子发射光谱的若干进展． Ｍｎ ２５９．３，２９３．９ Ｖ ３０９．３ 矿岩测试，２Ｏ００．３－ＶＯ１．１９．１． 【３］陶俊．ＩＣＰ－ＡＥＳ测定铜合金中多元素．冶金分析，２００４．１ ０． Ｍｏ ２８１．６ Ｗ ２０９．８ ２４卷． ５结论 ［４］Ｇｅｏｆｆｒｅｙ Ｔｙｌｅｒ．ＩＣＰ－ＭＳ，ＩＣＰ—ＡＥＳ ａｎｄ ｈＡＳ—ａ ｃｏｍｐａｒｉ— ＩＣＰ的激发能量很强，激发谱线非常丰富。可以 ｓｏｎ．ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ ＡＴ ＷＯＲＫ－ＶＡＲＩＡＮ．１９９４．４． 根据不同的情况选择适当的谱线，从而避免干扰。此 ［５】Ｈｉ ｒｏｙｕｋｉ Ｋｏｎｄｏ， Ａｋｉｈｉ ｒｏ Ｏｎｏ，Ｔａｋｅｓｈｉ［Ｊｅｍｕｒａ． 外，ＩＣＰ分析操作较为简单，可以同时分析多种元素， Ｒａｐｉｄ Ａｎａｌｙｓｉ Ｓ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ ｓ ｂｙ ＩＣＰ—ＡＥＳ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ 大大缩短了检测周期。实验室带人国家标准样品来 Ｅ１ｅｃｔ１＂０ｌｙｔｉＣ Ｓａｍｐｌｅ Ｄｉ ＳＳＯｌｕｔｉＯｉｌ．ＮＩＰＰＯＮ ＳＴＥＥＬ ＴＥＣＨ— 确定方法的准确度，实验证明方法置信度让人满意。 ＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲＴ ＮＯ．７５．１９９７．１１．