直读光谱仪单SAFT光源测定锌锭中的杂质元素

胡胭脂

(广东韶关冶炼厂，广东韶关 512024)

锌锭是重要的工业原料，可用于合金、压延、镀锌、化学、电气等行业，其杂质元素含量直接关系到锌锭品级及应用范围。按照国家标准GB／T 470-1997中规定，锌锭需要测定的杂质元素有铅、铁、铬、铜、锡、铝6项［1］。以往检测锌锭中的杂质元素主要采用原子吸收法、极谱法、分光光度法、摄谱法、ICP等，部分元素还需基体预分离，操作繁琐，耗时长。随着现代检测分析技术的发展，光电发射直读光谱法因其具有快速准确、精密度高、多元素同时检出、过程及数据处理由微机控制等优点，广泛应用于锌锭及锌合金分析中。广东韶关冶炼厂引进的德国斯派克Spectro Lab S光电直读光谱仪分析锌锭，检测过程需使用火花(Spark)、电弧(Arc)、SAFT 3种光源［2］，分析一个样品耗时34 s。笔者参考有关锌合金等的光电直读光谱分析文献［3-11］，拟单独使用SAFT光源分析测定锌锭，经过一系列条件试验，选取最佳工作参数，建立Spectro Lab S直读光谱单SAFT光源分析测定锌锭中杂质元素的分析方法，既满足生产分析要求又节约时间，将样品分析时间由34 s缩短至19 s，提高了工作效率、节约分析成本。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

Spectro Lab S光电直读光谱仪，德国斯派克分析仪器公司；

氩气：纯度大于99.999%；

锌光谱标样：GSB04-1056-1999，其标准值见表1，葫芦岛锌厂；

锌光谱标样：GSB04-1038-2000，其标准值见表2，葫芦岛锌厂；

锌光谱标样：GSB04-2809-2011，其标准值见表3，中冶葫芦岛有色金属集团有限公司。

表1 锌光谱标样GSB04–1056–1999元素含量 %

表2 锌光谱标样GSB04–1038–2000 铝含量

表3 锌光谱标样GSB04–2809–2011元素含量 %

1.2 仪器工作条件

冲 洗(Flush)时 间：3 s；频 率：0 Hz，参 数00000；预激发(Prespark)时间：10 s；频率：200 Hz，参数00005；SAFT时间：6 s；频率：200 Hz，参数00004；激发次数：3次；氩气压力：0.4～0.5 MPa；氩气流量：在分析菜单下，光源开，不激发样品时为30 L／h，激发样品时为300 L／h，退出分析程序，回到桌面时为10 L／h。

1.3 实验方法

用车床将锌锭试样的测试面切去1.0～1.5 mm，加工成光洁、平整、无气孔、无夹杂、无裂纹等缺陷的待测平面，加工过程中不得使用润滑剂，切削速度以试样不氧化为宜。试样须有新鲜的测试表面，不得有明显的脏污、陈旧、氧化、疏松、夹杂或其它外来物质，被反复处理已经污染的表面应当重新加工。测试表面应当有与标准物质相同的粗糙度。

使用光电直读光谱仪，在选定的仪器分析条件下，以试样待测平面为上电极，钨电极为下电极，以选定的仪器光源对样品进行激发，测量其发射光强度。根据工作曲线计算并输出铅、铁、镉、铜、锡、铝的含量，同一表面进行三次激发测定，取其平均值［2］。

2 结果与讨论

2.1 仪器工作条件试验

2.1.1 元素分析线的选择

根据光谱仪定置及锌锭中各杂质元素的分析特点，选择各元素灵敏线为分析线，按照与分析线同光源类型、同光室安装、同为原子线或离子线等原则选择各参比线，见表4［12］。

表4 元素分析线对

2.1.2 冲洗时间的选择

样品按实验方法加工后，在冲洗(Flush)时间1～5 s间进行试验。测定结果表明，冲洗(Flush)时间大于1 s时，Pb，Fe，Cd，Cu，Sn，Zn，Al的强度谱线强度基本稳定。冲洗是在样品激发时起到辅助电离，防止对紫外谱线的吸收［13］，选择冲洗(Flush)时间为3 s。

2.1.3 预激发时间的选择

将样品按实验方法加工后，在预激发(Prespark)时间3～15 s进行试验。测定结果表明铅、铁、铜、锡的强度在预激发时间大于等于10 s趋于稳定，铝的强度在预激发时间大于等于7 s即可，镉、锌的强度在预激发时间3～14 s之间都很稳定。综合预激发时间对各元素谱线强度的影响，选择各元素都基本稳定的情况下的预激发(Prespark)时间为10 s。

2.1.4 SAFT光源激发时间的选择

用样品按实验方法加工后，改变SAFT光源的激发时间，在SAFT时间1～10 s进行试验。结果表明：SAFT光源激发时间为5～7 s时，Pb，Fe，Cd，Cu，Sn，Zn，Al的谱线强度均基本稳定。本试验选择SAFT激发时间为6 s。

2.2 工作曲线绘制

将锌光谱标样GSB04-1056-1999及GSB04-1038-2000标准样品按实验方法加工后测定光谱强度比，以各个元素的含量y对光谱强度比x进行线性回归得到线性方程与线性相关系数，结果见表5。

表5 各个元素的线性方程与线性相关系数

2.3 精密度与准确度试验

分别选择低含量标准样品(GSB04-2809-2011，编号01)和高含量标准样品(GSB04-2809-2011，编号05)作为实验样，对样品按分析方法进行加工，做11次独立测定，测定结果见表6和表7。由表6和表7可知，测定结果的相对标准偏差均不大于5%，说明方法的精密度良好。测定值在锌光谱标样标准允许差范围内，说明方法的准确度较高。

表6 方法精密度与准确度考核(GSB04–2809–2011，编号01) %

表7 方法精密度与准确度考核(GSB04–2809–2011，编号05) %

2.4 方法比对

选取4个锌锭样品，分别以单SAFT光源法、国标直读光谱法、ICP-AES法分析测定其杂质含量，进行结果比对试验，测定结果见表8。

表8 方法比对结果

由表8可知，该方法的测定结果与国标直读光谱法和ICP-AES法测定结果一致，在相应元素含量允许差范围内［2］，可以满足分析要求。

3 结论

用Spectro Lab S光电直读光谱仪单SAFT光源测定锌锭中的铅、铁、铬、铜、锡、铝含量，准确度高、精密度好，单个样品分析时间从34 s缩短至19 s，节约分析时间和成本，提高分析效率。通过对元素分析线、氩气流量及冲洗时间、预激发时间、SAFT光源激发时间等测定条件进行最佳选择，提高对杂质元素分析的灵敏度，本法采用块状样品，不需溶样，无污染，微机直接显示分析结果，快速准确。该法可直接用于锌锭的生产控制及成品检验。

［1］GB／T 12689-2010 锌及锌合金化学分析方法［S］.

［2］GB／T 26042-2010 锌及锌合金化学分析方法光电发射光谱法［S］.

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［13］赵藻藩，周性尧，张悟冥，等.仪器分析［M］.北京：高等教育出版社，1990.