GB T 223.81-2007 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.pdf

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1、ICS 7708001H 11 囝亘中华人民共和国国家标准GBT 223812007钢铁及合金 总铝和总硼含量的测定微波消解一电感耦合等离子体质谱法Iron，steel and alloy-Determination of total aluminum and total boron contents-Microwave digestion。inductively coupled plasma mass spectrometric method2007-09-1 1发布 2008-02-0 1实施丰瞀鹳紫瓣訾糌紫星发布中国国家标准化管理委员会1”刖 舌GBT 223的本部分的附录A、附录B、附

2、录C和附录D是资料性附录。本部分由中国钢铁工业协会提出。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。GBT 223812007钢铁及合金 总铝和总硼含量的测定微波消解一电感耦合等离子体质谱法GBT 2238卜一20071范围GBT 223的本部分规定了用微波消解一电感耦合等离子体质谱法测定钢铁及合金中的总铝和总硼含量。本方法适用于钢铁及合金中总铝和总硼含量的测定，总铝测定质量分数范围：o000 5oi0；总硼测定质量分数范围；0000 2o10。2规范性引用文件下列文件中的条款通过在6

3、BT 223的本部分中引用而构成为本部分的条款。凡是注目期的引用文件，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。GBT 63791 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(GBT 637912004，ISO 57251：1994，IDT)GBT 63792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(GBT 637922004，IS0 57252：1994，IDT)GBT 20068钢

4、和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法(GBT 20066-2006，ISO J4284：1996，IDT)ISO 86552：2002柱塞式容量仪器柱塞取液器3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，以铍和钪为内标校正仪器灵敏度漂移和基体效应。4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。41盐酸，P约119 gmL，铝、硼含量应小于20 ngmL。42硝酸，P约142 gmL，铝、硼含量应小于20 ngmL。43氢氟酸，

5、1+l，铝、硼含量应小于20 ngmL，如太于20 ngmL，可采用等温扩散等方法提纯。等湿扩散提纯方法可参见资料性附录A。44铝标准溶液，1 000,ugmL称取0250 0 g纯铝(质量分数不小于999)，用25 mL盐酸(1+1)加热溶解，转移至250 mL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1 mL含1 000 tLg铝。45硼标准溶液，1 000 I*gmL称取0572 0 g在干燥器中预先干燥24 h后的硼酸(H。BO。质量分数不小于999)，用30 mL水】GBT 2238卜一2007溶解，转移至100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。此标准溶液

6、保存于聚乙烯瓶中。此溶液1 mL含l 000Lg硼。46铝硼混合标准溶液461铝硼混合标准溶液A，1000ttgmL铝，1000,ugmL硼分别移取1000 mL铝标准溶液(44)和1000 mL硼标准溶液(45)至100 mL容量瓶中，加入5 mL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1 mL含1000 tag铝和1000 ug硼。462铝硼混合标准溶液B，1000,ugmL铝，1000tgmL硼移取1000 mL铝硼混合标准溶液A(461)至100 mL容量瓶中，加入5 mL盐酸(41)，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1 mL含1

7、000 pg铝和1000 pg硼。463铝硼混合标准溶液C，100,ugmL铝，100 ugmL硼移取looo mL铝硼混合标准溶液t5(462)至100 mL容量瓶中，加入5 mL盐酸41)，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1 mL含100 Pg铝和100zg硼。47镀标准溶液，1000 pgmL称取0100 0 g纯铍(质量分数不小于999)，用5mL硝酸(42)溶解，加95mL硝酸(42)后转移到l 000 mL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1 mL含1000tg铍。48钪标准溶液，1000,ugmL称取0100 0 g纯钪(质

8、量分数不小于999)，用5 mL硝酸(42)溶锯，加95 mL硝酸(42)后转移到1 000 mL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1000 pg钪。49铍钪混合标准溶液491 铍钪混合标准溶液A，1000,ugmL铍和lo00 ttgmL钪分别移取1000 mL铍标准溶液(47)和10OO mL钪标准溶液(48)至300 mL容量瓶中，加入10 mL硝酸(42)，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l mL含1000 ug铍和1000 pg钪。492铍钪混合标准溶液B，200 pgmL镀和200 FgmL钪移取2000 mL镀钪混合

9、标准溶液A(491)至100 mL容量瓶中，加入5 mL硝酸(42)，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1 mL含200 pg铍和2oo pg钪。410铁基体溶液500 mgmL称取500 g高纯铁(质量分数不小于9995，铝和硼质量分数小于0000 5)，加入30 mL水，分多次少量加入共25 mL盐酸(41)，低温加热，溶解完全后转移至100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。此溶液保存于聚乙烯瓶中。5仪器与设备5。1 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+4)清洗，然后再

10、用水洗净。酸洗后的玻璃器皿和塑料容器中的铝硼浓度可以通过测量注入其中的盐酸一氢氟酸混合酸(3+1+20)溶出铝硼浓度来进行检查。如果铝硼浓度大于4 ngmL，则玻璃器皿和塑料容器不宜使用，并需更换。2GBT 22381200752取液器取液器量程10 pL100 pL，100牡L1 000 pL和1 mL10 mL，应符合ISO 86552：2002要求。53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50 mL)及夹持装置。微波消解系统必须有可编程温度压力一时间控制功能，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

11、装置。54 电感耦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氨气作为工作气体，在分析前先点燃等离子体预热30 min60 rnin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

12、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Li、Sc、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：5，41短时精密度应好于5测量lo次与样品溶液相同基体的10 ngmL硼和铝溶液的硼和铝质谱信号强度，其相对标准偏差应小于5。542检出限应小于07 ngmL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口)。54，3测定下限应小于2 ngmL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

13、准差的lo倍(10d)。6取制样按GBT 20066或其他有关标准的规定取制样。7操作步骤71试料称取约0100 g试样，精确至0000 1 g。72空白试验随同试料做空白试验。73测定731试液的制备将试料置于氟塑料高压消解罐中，加入3 mL盐酸(41)、l mL硝酸(42)，盖上盖子在常压下放置，待样品剧烈反应后，再加入1 mL氢氟酸(43)，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，将溶液转移入100 mL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500 mL铍钪混合标准溶液B(

14、492)，用水稀释至刻度，混匀。732测量电感耦合等离子体质谱仪按照54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，3GBT 223812007溶液由蠕动泵导入、雾化器雾化后进人等离子体中，运行分析程序，同时测量”B或“B、27Al、。Be和tssc的同位素信号强度，以铍和钪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硼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硼的浓度。注1：在AI、B的ICP-MS测量中，B无质谱重叠干扰；AI对于低分辨1CP-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

15、于高分辨质谱测量而言则无质谱干扰。多原子离子对Al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峰展宽对Al的干扰可以通过调高分辨率降低。在低分辨ICPMS分析中，采用以上几种手段可以降低至不影响Al的测定。733校准曲线绘制7331校准系列溶液配制分别移取0、0100 mL、0200 mL、0500 mL、100 mL、1000 mL铝硼混合标准溶液C(463)和500mL铝硼混合标准溶液B(462)、1000mL铝硼混合标准溶液B(462)于8个100mL塑料容量瓶中，各加入200 mL铁基体溶液(410)，各加入500 mL铍钪混合标准溶液B(492)，加入3 m

16、L盐酸(41)、1 mL硝酸(42)和1 mL氢氟酸(43)，用水稀释至刻度，混匀。其中未加铝硼混合标准溶液的溶液为校准空白溶液。7332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、27Al、9Be和45sc的同位素信号强度，测量操作如73，2。校准溶液和校准空白溶液中铝硼的内标校正信号强度值之差为该校准溶液的净信号强度。7333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107以上量级，可以配制单一校准曲线。8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：vuM

17、一!丕!丕!二!100 (1)rn式中：c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(ngmL)；V试液体积的数值，单位为毫升(mL)；m试料质量的数值，单位为克(g)。9精密度本方法的共同精密度试验由7个协作单位的8个实验室对硼元素的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GBT 63791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GBT 63792进行统计分析，精密度见下表1。表1重复性限，和再现性限R元素 水平范围 重复性限r 再现性限R铝 o000 5o10 f-o000 25

18、7+o1lO 192 m R一0000 347+0199 338优硼 o000 2O10 tg r一一1548 lg+O672 343tgm 培R=1613 24+o537 779 lgm4重复性限(r)、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)。GBT 223812007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：a)所有辨别样品、实

19、验室及分析数据所需的内容；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。GBT 223812007附录A(资料性附录)等滴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A1。装置中所有部件均采用聚乙烯塑料。在内杯中定量加入水，将内杯置于支撑座上，在外杯中定量加入粗氢氟酸，盖上盖子，室温下放置48 h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1：1，则得到(1+1)氢氟酸。6提纯酸粗醴图A1氢氟酸提纯装置示意盖子内杯外杯支

20、撑座附录B(资料性附录)微波炉消解程序GBT 223812007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B1，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B1消解程序仅供参考。表B1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 保持时同 压强 温度 保持时问 压强 温度 保持时间1IO1 MPa 5C

21、C flo30)rain 约03MPa 约120 约15 rain (1320)MPa (180220) 30 nlinlGBT 2238120078同位素10B附录C(资料性附录)ICPMS测定痕量硼和铝的干扰干扰12C15N+。13C“N+，1H”C“N+，“Nz+扩展峰BAGBT 2238 12007附录D(资料性附录)微波消解一电感耦合等离子体质谱法测定总铝和总硼的原始数据表D1铝含量(质量分数)实验室水平一l 水平一2 水平一3 水平一4 水平一5 水平一6 水平一7oooo 34 o001 40 o007lO o014 5 o025 9 o048 6 o093 51 oooo 62

22、 oOOl 29 o006 62 o015 9 o026 5 o048 2 o098 9oooo 49 oOOl 31 o006 25 o013 7 o022 6 o049 3 o099 6oooo 29 o001 62 o005 46 o015 9 o024 8 o048 3 o099 82 oooo 42 o001 55 o005 42 o015 7 o024 7 o047 8 o0994oooo 48 o001 61 o005 56 o015 5 o024 8 o048 o o099 7oooo 41 o001 19 o006 51 o014 5 o0241 o0481 o098 23

23、oooo 26 o001 35 o007 04 o 015 2 o025 7 o050 9 o101 8oooo 39 o001 49 o005 93 o 015 6 o027 o o050 3 o099 30ooo 62 o001 48 o006 38 o015 2 o028 6 o051 4 o104 74 0ooo 74 oOOl 44 o006 82 o015 2 o024 8 o051 8 o103 o0000 63 oOOl 99 o006 68 o015 6 o025 9 o050 4 o10l 4oooo 24 oOOl 38 o006 83 o017 7 o027 7 o05

24、2 4 o096 25 oooo 26 0001 29 o006 49 o017 8 o026 6 o0531 o1111oooo 24 oOOl 49 o006 78 o018 3 o028 3 o052 8 o107 9oooo 50 0OOl 46 o007 30 o015 o o026 4 o046 9 o097 86 oooo 29 oOOl 21 o006 80 o0161 o023 9 o047 7 o096 8oooo 31 o001 59 o006 95 ooi6 2 o025 3 o051 4 o098 6oooo 40 o001 39 o005 40 o015 o o02

25、5 8 o0461 o092 77 oooo 40 o001 32 o005 81 o016 2 o024 2 o049 4 o102 4o000 69 o00118 o005 06 o014 5 o 022 o o045 4 o0971oooo 52 oOOll o005 2 o015 4 o019 3 o041 o o094 o8 oooo 45 o00l 2 o006 o o 016 l o020 4 o038 7 o095 8o000 53 oOOl o o005 7 o016 9 o022 9 o041 o o094 4表D2硼含量(质量分数)实验室水平一1 水平一2 水平一3 水平

26、一4 水平一5 水平一6 水平一7 水平一8oooo 39 oooo 84 o001 08 o003 22 o004 78 o011 6 o023 9 o100 31 0000 29 0000 62 0ooo 98 o003 oo o004 86 o010 6 o0251 o098 8oooo 32 oooo 75 oOOl 09 0003 36 o005 04 oolO 8 o023 2 o097 5ooool5 oooo 61 oooo 72 o002 88 o 004 25 o009 33 o020 9 o108 o2 ooool4 oooo 5l o ooo 70 o002 89 o0

27、04 54 o009 39 o020 3 o0981oo0017 oooo 51 oooo 72 o002 66 o005 05 o010 20 o022 6 o103 oGBr 223812007表D2(续)硼含量(质量分数)实验室水平一1 水平一2 水平一3 水平一4 水平一5 水平一6 水平一7 水平一8oo0019 oooo 68 oooo 69 o003 28 o004 88 o009 65 o02l 9 o099 43 oooo 26 oooo 57 oooo 82 o00319 o005 01 o009 88 o024 7 o100 4oooo 38 oooo 73 oooo 7

28、0 o003 37 o 004 90 o009 84 o020 3 o098 6o000 62 oooo 91 o002 78 o004 53 o010 54 o019 9 o099 44 oooo 81 oooo 90 o002 85 o004 60 o，011 07 o019 7 o0981oooo 56 oooo 84 o002 81 o004 67 o011 96 o020 3 o098 7oooo 41 oooo 44 oooo 79 o002 98 o004 80 o0101 o0201 o098 45 oooo 30 oooo 53 oooo 85 o002 79 o005 01

29、 o010 4 o019 7 o099 3oooo 33 oooo 46 oooo 60 o003 05 o00512 oolo 8 o022 o o101 oo ooo 22 Oooo 45 oooo 96 o003 45 o004 2 o009 99 o020 o o096 46 oo0019 oooo 55 o ooo 97 o003 57 o004 58 o011 2 o019 9 o104 ooooo 20 oooo 58 oooo 97 o003 54 o004 51 o010 4 o0201 o103 oo ooo lo oooo 59 oooo 89 o003 44 o004

30、75 o，olO 7 o024 l o099 27 oo0012 oooo 53 oooo 98 o002 99 o004 79 o011 2 o024 o o102 7oooo 36 oooo 57 oooo 97 o003 31 o005 06 o011 2 o024 o o099 8oooo 07 oooo 43 oooo 94 o002 78 o004 26 oolO 2 o022 98 oooo 06 oooo 46 oooo 85 o002 71 o004 33 oolO o o022 5oooo 05 oooo 52 oooo 89 o002 74 o004 22 o，009 9 o023 olO