石墨炉原子吸收光谱法测定生铁及碳钢中铅含量
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作者: 姚波,向洋
摘要：采用硝酸溶解样品，通过加入基体改进剂磷酸氢二铵和硝酸镁消除干扰，石墨炉原子吸收光谱法直接测定试液中铅的含量。铅的工作曲线浓度范围为0.05～0.50 ug・mL-1，回收率在95%～106%，相对标准偏差（RSD）在3.01%～5.82%之间，经验证，该方法具有较高灵敏度、精密度和准确度。
关键词：石墨炉原子吸收光谱；基体改进剂；铅
中图分类号：U465 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）06-0059-04
Determination of Lead in Iron and Carbon Steel by
Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrum
YAO Bo，XIANG Yang
（Dongfeng Commercial Vehicle Technical Center of DFL，Shiyan 442001，China）
Abstract: Sample was dessolved in nitric acid.And disturbance was eliminated with the addition of diammonium hydrogen phosphate and magnesium nitrate as inhibitor. The lead was determined by Graphite furnace atomic absorption spectrum.Working curve in range of 0.05-0.50 ug/mL of lead solution was prepared.Recovery was found in range of 95%～106% and relative standard deviation in 3.01%～5.82%.Precition and accuracy of determination are proved to be fine.
Keywords: graphite furnace atomic absorption spectrum；inhibitor；lead
随着国家环保友好型汽车方案的实施，材料中禁限物质特别是铅含量的检测分析将越来越重要。铅在钢中含量虽然很低，但对钢的性能影响比较显著，铅同时也是一种能够蓄积的有毒重金属，具有生物不可降解性，可在环境中长期存在的特点。当铅含量达到0.003%时，会恶化铸铁中石墨形成从而影响铸铁性能，并导致缩松、漏水，故在汽车材料中痕量铅的检测尤其重要。
石墨炉原子吸收适宜痕量元素的分析。因为高温石墨炉是利用电流直接加热石墨炉产生阻热高温（3 000 ℃）使试样完全蒸发，充分原子化，从而进行吸收测定的技术。试样利用率几乎达到100%，原子化度高，自由基态原子在吸收区停留时间长。因此灵敏度和检出限要比火焰法好100～1 000倍［1］。
因生铁及碳钢中重金属元素铅含量低，检测对样品前处理的要求高，试液直接分析时，样品基体干扰大，无法测出准确数据。通过多次试验，首先对仪器参数设置进行了优化，同时加入磷酸氢二铵和硝酸镁基体改进剂消除干扰。通过与标准样品比对，结果吻合，完全能满足生产及科研的需要。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
实验仪器为：WFX-1C2型原子吸收石墨炉光谱仪，铅空心阴极灯。
铅标准溶液：称取高纯铅粉（99.99%）1.000 g于200 mL烧杯中，加优级纯硝酸（1+1）30 mL溶解，冷却，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。用铅标准溶液配制成1 ug・mL-1标准工作溶液。
铁溶液：50 mg・mL-1；称取5.00 g基准纯铁置于250 mL烧杯中，盖上表面皿。分次加入60 mL硝酸（1+1），等剧烈反应停止后，缓慢加热至完全溶解、冷却。将溶液移入100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。
磷酸氢二铵和硝酸镁的混合液：将光谱纯磷酸氢二铵1 00 mg放入100 mL烧杯中加30 mL蒸馏水溶解后，加入硝酸（１+１）2 mL，硝酸镁6 mg，待试剂溶解完全，移入100 mL的容量瓶中，用蒸馏水定容，摇匀。
1.2 仪器的工作条件
波长２８３.３ ｎｍ，光谱通带宽度0.7 ｎｍ，空心阴极灯电流15 ｍＡ，积分时间3 ｓ，工作方式ＡＡ－ＢＧ。
1.3 实验方法
称取试样0.200 0 g于200 mL烧杯中，加入硝酸（1+1）15 mL，缓慢加热溶解，冷却后，将试液移入50 mL容量瓶中，用蒸馏水定容，摇匀。如有沉淀物，干过滤。
将试液及基体改进剂分别移入自动进样器的样品杯中，自动进样器依次将试液20 uL和基体改进剂5 uL加入石墨管内，按仪器工作条件测定生铁及碳钢中铅。
2结果与讨论
2.1 实验条件的选择
一般石墨炉法原子化分为干燥、灰化、原子化、除残四个阶段。当按照这四个阶段的条件进行分析并加入基体改进剂时，没有检测到分析结果。通过查阅资料得知：在选择干燥温度和时间时，为避免试样沸腾而造成喷溅损失，最好采用斜坡升温方式，并适当延长干燥时间，以保证干燥过程正常进行。最大功率升温具有灵敏度高、实际原子化温度较低的特点，并有延长石墨炉寿命的作用［2］。
灰化参数选择原则也是在待测元素不产生挥发损失的条件下，尽可能采用较高的灰化温度和较长的灰化时间。选择合适的灰化温度使待测元素与基体组分离，以减少或消除基体干扰。
本试验干燥、灰化均分两步进行，这对保证分析精密度是十分重要的（见表1）。
2.2 基体改进剂的选择
石墨炉原子吸收法是一种测定痕量元素的最佳手段之一，它的灵敏度比火焰法高出约3个数量级，不消除干扰就无法得到准确的结果［3］。
在石墨炉原子吸收法中，基体干扰可能出现在升温过程的各个阶段。分析元素与共存物生成的化合物可以是易挥发的；在灰化阶段就被挥发掉，造成被测元素的损失，也可以是难挥发的，甚至高温原子化阶段都难以解离形成基态原子，从而大大降低灵敏度。
基体改进剂是石墨炉原子吸收法分析中不可缺少的，由于在石墨炉原子分析中基体种类繁多，干扰千变万化十分复杂，为了得到高的灵敏度和理想的检出限，就必须选择适宜的物质来消除分析中的干扰。加入的金属、化合物或其他物质与基体和待测元素发生反应，改变了基体或待测元素的性质，从而有效地消除干扰。
基体改进剂在控制和消除背景干扰、灰化损失、分析物释放不完全等方面均起着重要的作用。基体改进剂应用的一些例子见表2［2］。
参考相关资料，本方法尝试了以下几种基体改进剂：柠檬酸、磷酸氢二铵、硝酸镁、EDTA，并对它们做了混合试验。结果见表3。
通过试验磷酸氢二铵和硝酸镁混合试剂能较好的满足测定要求，所以选定磷酸氢二铵和硝酸镁的混合试剂作为基体改进剂。
对柠檬酸、磷酸氢二铵、硝酸镁、乙二胺四乙酸二钠几种基体改进剂做了复配试验。试验表明磷酸氢二铵和硝酸镁混合试剂能较好的满足测定要求，最后选定用磷酸氢二铵和硝酸镁为基体改进剂。
2.3 磷酸氢二铵和硝酸镁用量试验
试验过程：在50 mL容量瓶中加入50 mg・mL-1铁溶液10 mL，1 ug・mL-1铅标准溶液20 mL测试吸光度，按表2分别加入不同量的磷酸氢二铵和硝酸镁溶液进行优选基体改进剂加入量试验。结果见表4、图1、图2。
从试验得知：未加磷酸氢二铵和硝酸镁溶液的吸光度明显低于加入磷酸氢二铵和硝酸镁溶液的吸光度。加入1 00 mg磷酸氢二铵和6 mg 硝酸镁溶液吸光度值最佳。结果表明，加入磷酸氢二铵和硝酸镁溶液，提高了分析灵敏度，数据稳定可靠。
从图3可看出，实线是待测元素的峰值，虚线是基体干扰元素的峰值。加入基体改进剂光谱仪自动减去基体干扰元素的峰值，使分析数据精确、可靠。
2.4 标准工作曲线绘制
按试验方法加入1 ug・mL-1铅标准工作溶液2.5 mL、5 mL、10 mL、15 mL、20 mL、25 mL，测定铅系列标准溶液，绘制工作曲线（见图4），铅的质量浓度在0.050～0.5 ug・mL-1范围呈线性关系。
2.5 加标回收试验
通过计算回收率验证本方法准确度，结果表明，铅元素回收率在95%～106%之间，见表5。
2.6 精密度与准确度试验
按试验方法对碳素钢、铸铁标准样品和生产样品进行8次测定，结果见表6。
由以上测得数据可知，该方法精密度良好、准确度可靠。
3 结论
本文建立原子吸收石墨炉光谱法以磷酸氢二铵、硝酸镁混合液为基体改进剂，测定生铁及碳钢中痕量铅元素，测定值与标准值相符，该分析方法准确、可靠，能满足生产及科研的需要。
参考文献：
［1］ 杨学桐. 化学分析［K］. 上海：上海科学普及出版.2006，298.
［2］ 金泽祥. 原子光谱分析［M］. 武汉：中国地质大学出版社.1992，348-362.
［3］ 邓勃.应用原子吸收与原子荧光光谱分析［M］. 北京：化学工业出版社.2003，231-232.
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