红外吸收光谱法测定钒铝合金中的碳和硫

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Determination of Carbon and Sulfur in the Vanadium-AluminumAlloy by Infrared Absorption M ethodXU Benping · ，。

(1.National Vanadium and Titanium Products Quality Supervision and Inspection Center；2.Institute of Panzhihua Iron and Steel Group Co.，Ltd.；3.State Key Laboratory of Vanadium and Titanium Resources Comprehensive Utilization，Panzhihua，Sichuan 617000，China)Abstract In this paper，the accuracy of the infrared determination of carbon and sulfur in vanadium alloywere tested by working curve method，incrementa1 method，recovery test and repeatability experiment.Anew infrared absorption analysis methodology without using standard for determination of carbon andsulfur in the anadium aluminum alloy was establised.The standard sample was tested and the comparisonof the result for the standard sample with the verified value indicated that the method has high accuracy，small error and high practicability。

Keywords combustion-infrared abasorption method；carbon；sulphur；ferro-vanadinm-aluminium0 前言钒铝合金是-种广泛用于航空航天领域的高级合金材料，具有很高的硬度、弹性，耐海水腐蚀，重量轻，适合用于制造水上飞机和水上滑翔机。目前世界上只有美国和德国等少数国家才实现了工业化生产。已经研发出的这种新型合金材料，各元素的含量范围分别 为 Al：5O ～52 ；V：47 ～49 ；C：≤O.1 ；S：≤0.02 ，用红外吸收光谱法测定其中的碳、硫时，主元素铝、钒对测定无太大的影响，目前，该样品的碳、硫分析还没有统-的标准方法。参照国家标 准 GB/T 8704-1997l1j，并根据 EN ISO9556-2OO1和 EN 24935～1991建立了钒铝合金 中碳、硫量测定的分析方法。

红外吸收光谱法测定碳、硫是-种通用的检测方法，由于该法快速、简便、准确，在各种检测方面得到应用 ]。由于燃烧红外吸收光谱法测定碳、硫采用的是标准样品校准的相对分析法，因此不 能满足新产品开发对碳、硫分析的要求。钒铝合金是新近开发的新产品，标准样品和检测标准相对滞后。鉴收稿日期：2012-12-12 修回日期 ：2013-O1-18作者 简介 ：徐本平 ，男，教授级高级工程师，化学相分析和光谱分析方法的研究及应用。E-mail：xubenping###sohu.com第 2期 徐本平：红外吸收光谱法测定钒铝合金中的碳和硫 67于此种情况，我们依据 ISO国际标准检测方法的思路，探索在红外碳硫测定仪上进行无标准样品碳、硫的准确测定，以增量法，确定其测定的准确度，成功实现钒铝合金中碳、硫的测定。

1 实验部分1.1 仪器及主要试剂CS-444LS红 外 碳 硫 测 定 仪 (美 国 LECO 公司)，微量进样器 (5O L，100 L)。

锡馕 ，锡粒 (云南锡业公司 ，C<0.000 8 ，S<0.000 2 9/6)，钨粒(株洲硬质合金厂)。

碳标准溶液(2.5 mg/mL)：准确称取 0.594 0 g的蔗糖(分析纯 ，经 1OO～105℃烘干 2 h，置于干燥器中冷却)，溶于经煮沸 30 min的蒸馏水中，定容于100 mL的容量瓶中，摇匀。

硫标准溶液(2.5 mg/mL)：准确称取 1.320 6 g的硫酸锰(光谱纯 ，经 100～105℃烘干 2 h，置于干燥器中冷却)，溶于经煮沸 30 min的蒸馏水中，定容于 100 mL的容量瓶中，摇匀。

1.2 实验方法用微量进样器准确移取-定量 的碳、硫标准溶液于锡馕中，经烘箱烘干后，放入碳硫仪专用坩埚中，并加人锡粒、铁屑和钨粒助熔剂，待用。按仪器操作程序进行校准，扣除空白。手动输入 0.500 g重量，然后进行分析，测出碳、硫的质量百分含量。

2 结果与讨论2.1 确定称样量改变称样量 ，对钒铝合金 中的碳、硫进行 了 6次的测定，按实验方法加入助熔剂进行碳、硫测定，以确定比较合适的称样量，其结果见表 1。

表 1 称样量选择表Table 1 Selection of sample weight /%从表 1中可以看出，改变称样量对碳 、硫测定结果有-定 的影 响，但 当称样 量 为 0.100～0.200 g时，碳、硫的测定结果趋于平稳，且标准偏差最低，测定效果最好 ，因此 ，实验选择称样量为 0.100 g。

2.2 选择助熔剂对钒铝合金中的碳、硫进行了 6次的测定，对助熔剂进行了优选，其结果见表 2。

从表 2可以看出，钨粒熔样效果不好，铁-钨熔样有孔洞，但结果影响不大，只有锡-铁-钨助熔剂所测定的标准偏差较低，说明重现性最好，效果最佳。

表 2 助熔剂选择表Table 2 Selection of flux(n-5) /%2.3 空白实验参照国家标准方法，加入锡-铁-钨助熔剂，对空白值进行了 11次的测定 ，以确定出检出限和测定下限，其结果见下表 3。

表 3 空白值 测定结 果表Table 3 Determination of blank value %从表 3以看出，红外吸收光谱法测定碳、硫的检出限和测定下限均能满足钒铝合金中的碳、硫分析要求。

2.4 精密度实验按照实验方法，我们对钒铝合金样品进行了平行测定其结果见表 4。

68 中国无机分析化学 2013年从表 4可以看出，所测定的样品结果精密度良好，RsD≤10 ，方法较稳定，符合样品分析的-般要求 。 2.5 工作曲线的确定2.5.1 基准碳标准曲线的绘制参照国际标准，并根据钒铝合金碳的含量范围，按照实验方法，采用微量进样器分别移取 5，10，15，20，25 L碳标准溶液于锡馕中，烘干后，在碳硫分析仪上进行分析，手动输入 0.100 g样品重量，绘制了碳的纯物质的标准曲线，含量范围为 0.01 ～0.60 。测定前应测出试剂空白并加以扣除。其结果见表 5。

表 5 碳标准曲线表Table 5 Calibration curve equations for carbon图 1 碳标 准工作 曲线Figure 1 The working curve for the carbon standard。

从表 5和图 1可以看出，在规定的含量范围内，测定碳的工作曲线线性关系良好，线性相关系数为0.999 3。

2.5.2 硫工作 曲线的绘制参照国际标准的原理，并根据钒铝合金中硫的含量范围，按照实验方法，采用微量进样器分别移取5，10，15，20，25L硫标准溶液(2.5 mg/mL)于锡馕中，烘干后，置于专用坩埚内，在红外吸收光谱碳硫分析仪上进行分析，输入 0.100 g样品重量，绘制硫的工作曲线，含量范围为 0.01%～0.60 。其结果见表 6。

表 6 硫标准 曲线表Table 6 Calibration curve equations for sulfur第 2期 徐本平：红外吸收光谱法测定钒铝合金中的碳和硫 6901趔删 0.05夥 o0Figure 20.0l o.02 o.O3 0.o4 o 05 o.o6 o.07琉量理论值 /%图 2 硫标准工作 曲线The working curve for the sulfur standard。

从 图 2和表 6可以看 出，在规定的含量范 围内，测定硫的工作曲线线性关系良好，线性相关系数为0.997 7。

2.6 准确度实验2.6.1 工作 曲线法分别采用纯物质所绘制的工作曲线和标准样品[-o9v 低 合 金 钢 标 样 (GSBH40026-92，c/ -0.093 ，s/ -0.036 )]为参照，对钒铝合金样品进行测定，其结果见表 7。

从表 7可以看出，不论采用何种参照物进行测定，对碳、硫的测定结果均不超过钒铁国家标准方法所规定的允许差，说明燃烧红外吸收光谱法对钒铝合金碳、硫的测定是准确的。为了便于实际应用，建议可采用低合金钢标准样品对仪器进行校准，然后再进行测定，同样可以得到正确的结果。

表 7 样 品测 定结果对 照表Table 7 Comparison of etermil]ation results /%誉钒铝合金 碳1I-201 硫钒铝合金 碳-202 硫2.6.2 增量法[3]以钒铝合金样品打底，按照实验方法，采用微量进样器 分别移 取 5，10，15，20 L碳 标准溶 液(2.5 mg/mL)和 5，10，15，20，25 L硫标准溶液(2.5 mg/mL)于锡馕中，烘干后，分别称取钒铝合金样品 0.100 g，按照仪器说明书的要求进行分析 ，并扣除空白值，其结果见表 8和表 9。

表 8 增量法测定碳的结果Table 8 The results for carbon content determined by incremental method /%x轴碳加入量 y轴碳测定量 回归方程 相关系数 yo时的碳值 样品碳的实测值0.021 90.035 20.049 0 Y- 0.947 2X0.O23 10.058 60.069 4从表 8可以看出，采用钒铝合金打底，当y-0 该方法的测定结果准确、可靠。

时碳的测定结果与样品实测值基本-致，从而证明表 9 增量法测定硫的结果Table 9 The results for sulfur content determined by incremental method /%x轴硫加入量 y轴硫测定量 回归方程 相关系数 y-0时的硫值 样品硫的实测值从表 9可以看出，采用钒铝合金打底，Y-0时的硫的计算值与样品实测值基本吻合，从而确认结果的可靠性 。

2.6.3 回收率实验以钒铝合金打底 ，按照实验方法，采用微量进样器 分 别 移 取 5，10，15，20 L碳 标 准 溶 液(2.5 mg/mL)和 5，10，15，20，25 L硫标 准溶 液(2.5 mg/mL)于锡馕中，烘干后，分别称取钒铝合金样品 0.100 g，按照仪器说明书的要求进行分析，并扣除空白值 ，按照仪器说明书的要求进行分析 ，测定其回收率，其结果见表 1O和表 11。

3 8 l 0 O 十X7 4 5 9 O -2 0 9 3 6 7 8 1 1 2 7 7 1 3 4 5 6 7 O 0 0 O O 0 O O O 0 O O 70 中国无机分析化学 2013焦表 10 碳回收率测定结果Table 10 Recovery determination for carbon /tg表 11 硫回收率测定结果Table 1 1 Recovery determination for sulfur /tLg加入量 测定量 回收量 回收率/从表 10和表 11可以看出，碳、硫的回收率达到94%以上，满足分析要求，结果准确度高。

3 结论确定了红外吸收光谱法测定钒铝合金中碳、硫的最佳检测条件，建立了燃烧红外吸收光谱法测定钒铝合金中碳、硫的分析方法和企业标准。经多种验证方法证明了方法的准确度高、误差小，其相对标准偏差≤10 ；满足了检测分析的-般要求，经实际应用后取得 良好效果 。为今后开展缺乏标准样 品、缺分析方法试样的碳、硫分析提供了-条思路，同时也拓展了红外吸收光谱碳硫仪分析的新领域，使其应用更为广泛。