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利用物理化学相分析的方法,结合扫描和透射电镜,研究了SMA490BW耐候钢中析出相和夹杂物的组成、形貌、尺寸信息。相分析结果显示耐候钢中存在富Cu相、M3C、M(C,N)、非金属夹杂等,其中M3C在耐候钢中占比为0.868%,M(C,N)占比为0.0396%;析出相平均尺寸为78.2nm,中间尺寸为51.7nm,小于100nm的约占74%,18~36nm的析出相分布最多,占总量的22.1%。扫描电镜结果显示耐候钢中夹杂物主要有3类:A类(硫化物类)夹杂;DS(单颗粒球状)类夹杂,由Al2O3和CaO组成的氧化物夹杂;DDup(球状复相夹杂)类复相氧硫化物夹杂。采用透射电镜观察了耐候钢中析出相的形貌,统计了析出相尺寸,结果显示析出相主要是碳氮和铌钛钒组成的化合物,呈圆球状、棒状、不规则形状析出;析出相尺寸从纳米级到微米级,在18~36nm范围分布最多。对比透射电镜和相分析这两种方法对析出相的统计结果,相分析能更精确地统计整个样品区域及跨尺寸范围析出相的分布情况。
为考察土壤、水系沉积物中重金属元素能量色散X射线荧光光谱(ED-XRF)分析方法性能,组织了14家检测实验室利用统一提供的5个土壤和6个水系沉积物标准样品,在6家国内外仪器厂商生产的能谱仪(落地式、台式或便携式)上对As、V、Cr、Mn、Ni、Pb、Cu、Zn、Co、Mo等重金属元素进行了定量测试。方法检出限采用重复测定低含量重金属样品测试结果的标准偏差数据计算。各家实验室数据用稳健统计法处理后的结果,乘以系数1.6得到检出限限值。对数据进行统计分析前,基于土壤样品重金属常规检测质控要求和曼德尔h/k检验法对测试数据进行了筛选。各元素测试数据采用率(%)分别为:Zn(93.3~97.0),Pb(95.2~96.4),Mn(92.3~96.2),Cu(89.4~93.2),As(90.1~92.3),Ni(86.5~89.3),Cr(84.6~88.3),V(81.4~84.8)。采用率反映了目前检测实验室重金属测试结果准确度高低的现状,其中V、Cr采用率不高的主要原因可能与部分实验室没有有效扣除重叠峰干扰有关。采用谱图拟合获取强度的应用程序采用率优于区间积分法。相关实验室需要进一步优化改进应用程序。大多数实验室用ED-XRF检测土壤-水系沉积物中重金属As、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、V能够满足定量分析要求;Co的标准样品含量范围较窄,精密度和准确度需要进一步评估;样品中Mo的质量分数大于1mg/kg时,才能达到定量分析要求。
线性测量系统是化学分析、物理测试领域最普遍的测量系统,按其线性关系的构建和拟合方式,可分为单点校准、双点校准、多点校准(线性拟合)及标准加入法。其中,单点校准常用于色谱分析、滴定分析等分析方法及气体分析、碳硫分析等测量项目。实验引入2个随机效应修正因子或相对随机误差表征各种条件变异及系统波动对校准用标准物质和实际样品测量重复性的影响,提出了蒙特卡洛法(MCM)评定单点校准线性测量系统不确定度的数学模型与方法,并基于惰性气体熔融-热导法测定TC4钛合金中氢含量的示例,系统阐释了MCM的具体评定流程与应用。在实验测量条件下(标准物质重复4次,实际样品重复7次),平均测量结果为w(H)=(20±3)μg/g,k=2,该扩展不确定度评定结果与采用“不确定度传播律”得到被测量估计值测量不确定度的方法(GUM法)相一致。实验所给出的方法和示例可直接应用于气体分析(惰气熔融-红外吸收法/热导法)、碳硫分析(高频感应燃烧红外吸收法)与色谱分析、滴定分析等单点校准线性测量系统的不确定度的评定,一定程度上解决了MCM应用于化学分析领域的模型构建与仪器校准引入不确定度的量值导入等关键问题,有望推动MCM在单点校准、多点校准、标准曲线法、标准加入法等线性测量系统不确定度的评定中得到实质性的应用,进一步促进测量不确定度的应用研究开创新局面。
通过对氧、氮含量标准分析方法进行整理、归纳,得出结论:惰气熔融红外吸收法和热导法是无机材料氧、氮含量现行主流标准分析方法;库仑滴定法、分光光度法逐渐被替代,或与新方法并存;蒸馏-中和滴定法在高含量氮的标准分析方法中保持优势;同时存在具有特色的杜马斯燃烧法、元素分析仪法以及质谱法。分别列出了各方法主要技术参数,剖析了惰气熔融红外吸收法和热导法的原理、制样要求、表面处理方法、助熔剂作用及比例、助熔剂种类、校准方式、校准物质等。展望低熔点金属及合金中氧、氮含量标准分析方法发展,期待更多设备、辅助材料的研发工作,使无机材料氧、氮含量标准分析方法更完善。共引用各类标准77项。
基于对试样检测周期的要求,实验采用可溶性淀粉为稀释剂兼粘结剂进行压片制样,选取与待测试样组成、结构及粒度相似的具有一定梯度含量的硅锰合金试样系列,经国家标准方法确定硅、锰和磷值后作为校准样品,采用能量色散X射线荧光光谱法测定硅锰合金中硅、锰、磷。通过正交实验,确定优化的制样条件为:称取4.0000g样品及0.4000g可溶性淀粉,混合均匀后,于30t的压力压制样片,所得样片强度适中、均匀光滑,重现性好。精密度试验结果表明,硅锰合金中硅、锰、磷测定结果的相对标准偏差(RSD,n=10)分别为0.59%、0.19%和5.7%;正确度试验结果表明,实验方法的测定值与国标方法相一致,满足冶炼现场快速检验的需要。
传统电弧发射光谱法分析地球化学样品中Ag、B、Sn等元素时,采用光谱相板作为记录介质,而相板的灵敏度较低,谱线的线性范围较窄,采用人工操作译谱时,测量结果的精密度和正确度较差,因此在地球化学调查样品分析配套方案中,只采用电弧发射光谱法测定Ag、B、Sn这几个其他分析方法不易测定的元素。实验采用全谱交直流电弧发射光谱法,选择K2S2O7-NaF-Al2O3-碳粉为缓冲剂,以Ge元素作为内标,确定曝光时间为45s,并进行仪器校正,选取合成硅酸盐光谱分析标准物质系列(GSES I-1~GSES I-9)绘制各元素的校准曲线,直接测定地球化学调查样品中Ag、B、Sn、Mo、Pb、Co、Ni、V、Bi等9种元素。方法检出限为:Ag 0.014μg/g、B 0.68μg/g、Sn 0.12μg/g、Mo 0.18μg/g、Pb 0.98μg/g、Co 0.32μg/g、Ni 1.79μg/g、V 1.51μg/g、Bi 0.05μg/g。方法用于测定6个地球化学标准物质中Ag、B、Sn、Mo、Pb、Co、Ni、V、Bi,结果的相对标准偏差(RSD,n=12)均小于10%;测定值与标准值之间的对数误差ΔlgC绝对值为0~0.057;按照实验方法和其他方法(电弧发射光谱法测定Ag、B、Sn,电感耦合等离子体质谱法测定Bi、Mo、Co,X射线荧光光谱法测定V、Ni、Pb)分别测定8个土壤样品中Ag、B、Sn、Mo、Pb、Co、Ni、V、Bi,结果相吻合。
锡矿石中锡的测定主要采用碘量法(铝片还原),该方法操作相对繁琐,分析数据精密度较低。基于锡矿石具有不易溶于酸、易溶于碱的特点,实验采用过氧化钠熔融样品,盐酸提取,电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定锡矿石中锡。研究了碱融熔剂用量、熔样时间、同位素选择、仪器工作参数等实验条件,确定了以过氧化钠作为熔剂、样品/熔剂质量比1∶6、15min熔解时间、40%盐酸提取酸度的最佳熔样条件。对所建立的分析方法进行了方法验证,确定方法检出限为13.87mg/kg,标准物质测定的相对误差均小于3%,12次平行测定的相对标准偏差(RSD,n=12)小于2%,对标准物质及实际样品的测定结果满足锡矿石中锡含量的测定要求。
使用熔融制样-X射线荧光光谱法(XRF)测定磷铁合金样品,关键是要解决样品前处理中合金样品侵蚀铂-黄坩埚的难题。采用陶瓷坩埚石墨垫底低温预氧化后,高温熔融制样,建立了X射线荧光光谱测定磷铁中磷、硅、锰和钛的方法。选用磷铁标准样品,按照一定的比例合成及在磷铁标准样品中加入标准溶液的方式,配制成一定梯度的磷铁校准样品,拓宽了校准曲线的含量范围。以碳酸锂和过氧化钡复合氧化剂,从400℃缓慢升温至800℃,对磷铁样品进行预氧化,避免了熔融过程中对铂-黄坩埚的腐蚀。实验结果表明,以四硼酸锂为熔剂,溴化铵溶液为脱模剂,稀释比40∶1,于1100℃下熔融20min,制得的玻璃熔片均匀稳定。各元素的检出限为32.47~57.49μg/g。在最佳实验条件下对磷铁标准样品进行测定,各元素测定结果的相对标准偏差(RSD,n=10)为0.28%~1.1%。实验方法应用于磷铁实际样品的测定,与其他方法的测量结果无显著性差异。
在热镀锌铝镁合金镀层产品中,镀层中铅、镉含量是评价产品质量的重要指标,目前无相关标准方法对锌铝镁镀层中铅、镉含量进行检测。实验建立了采用火焰原子吸收光谱法(FAAS)测定热镀锌铝镁合金镀层中铅、镉含量的方法。采用30%(V/V)盐酸溶解合金镀层,同时加入六次甲基四胺作为缓蚀剂保护镀层基体,合金镀层可以被完全溶解且不会腐蚀基体。在优化的仪器工作条件下,采用基体匹配法消除镀层基体元素锌对待测元素的基体效应影响,在波长217.0nm和228.8nm处使用原子吸收光谱法测定铅和镉。铅和镉校准曲线的线性相关系数均大于0.9995;方法的检出限分别为0.0020mg/L和0.0010mg/L。按照实验方法测定热镀锌铝镁合金镀层中铅、镉,结果的相对标准偏差(RSD,n=10)为2.4%~6.3%;加标回收率为97%~103%。
对于钛精矿中硫的测定,现有标准方法为燃烧-碘量法,该方法的分析流程较长,不适合大批量样品的分析;同时方法的测定范围有限,仅适合硫质量分数在0.025%~0.500%的样品。为适应现有钛精矿的生产和科研需要,实验建立了高频炉燃烧红外吸收法测定钛精矿中硫的分析方法。对样品量、燃烧用助熔剂种类及用量等测试条件进行了优选。确定的最佳分析条件为:称取0.40g样品于坩埚中,加入0.5g锡粒、0.3g纯铁屑、1.3g钨粒助熔剂进行测定。采用钛精矿标准样品分段绘制硫的校准曲线,硫质量分数的测定范围为0.0048%~2.76%;方法定量限为0.0006%,完全满足现有钛精矿的测定需求。对硫质量分数在0.0092%~1.51%的钛精矿样品进行了测定,测定值的相对标准偏差(n=8)为0.33%~1.8%。实验方法的测定结果与硫酸钡重量法吻合,对低硫样品的加标回收率为90%~105%。
锂硼合金中锂元素的含量对电池的电化学性能起着决定性作用。而使用重量法测定锂时,流程较长,且大量共存的硼干扰锂的测定。试验探究了先使用甲醇除硼再采用硫酸锂重量法测定锂硼合金中锂的方法。样品经稀硝酸溶解后,加入2.0mL无水甲醇,于90℃左右恒温水浴锅中挥发除硼,然后加入2.0mL硫酸(1+1)和少量水溶解盐类,转移至铂坩埚中,高温加热至硫酸烟冒尽,将铂坩埚移入800℃马弗炉中灼烧3h,使锂生成硫酸锂并恒重、称量,并用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定固体中的氧化硼和硫酸镁的含量以修正测定结果。方法用于测定3种锂硼合金实际样品中锂,结果的相对标准偏差(RSD,n=11)为0.34%~0.56%;加标回收率为98%~103%。
使用行业标准方法 YS/T 745.1—2010碘量法测定铜阳极泥中铜时,采用氢溴酸除去试样中硒、砷、锑、锡等干扰元素,溶样过程操作繁琐,耗时长,易发生溅跳而造成无效结果,且检测效率低,因此不适用于冶炼企业大批量样品同时快速分析检测。试验使用盐酸分解试样,用硝硫混酸初步除硒等杂质、再用溴进一步除杂,替代氢溴酸除去试样中的杂质元素,从而对YS/T 745.1—2010碘量法测定铜阳极泥中铜的方法进行了改进。通过试验确定硝硫混酸用量为15mL,而后加入3mL盐酸溶解至溶液体积剩余约0.5mL时能完全溶解盐类。按照实验方法测定铜阳极泥试样中铜,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=7)小于0.50%;各试样测定结果与行业标准方法YS/T 745.1—2010结果一致,且两种方法间不存在显著性差异,可用于冶炼企业大批量快速分析检测铜阳极泥中铜量。
TiCl3浆液是粗四氯化钛铝粉除V工艺中的除V试剂,其中的AlCl3主要起催化剂作用,是影响除V试剂质量的关键因素之一。TiCl3浆液是一种紫红色溶液,其中还含有Fe3+、Fe2+、V3+、V5+等有颜色的金属离子,若采用常规络合滴定法或分光光度法测量其中的AlCl3,这些有色金属离子会产生严重干扰,无法准确判断滴定终点。实验利用氢氧化物沉淀法去除试样溶液中Ti4+、V5+、Fe3+等共存离子,用NH4F置换滴定法测定试样溶液中Al。实验考察了溶液pH值对共存离子分离效果的影响,确定了滴定方式、指示剂及置换剂等实验条件。共存离子干扰试验表明,当控制测定结果相对误差不大于±2.0%时,溶液中共存离子不影响测定。方法用于测定TiCl3浆液中AlCl3,结果的相对标准偏差(RSD,n=8)小于3.0%;回收率为96%~102%。方法有效解决了复杂基体中Al的测定,同时也可为类似复杂基体样品其他成分分析提供参考。
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