HG-AFS在测定核电用钢及低镍不锈钢中痕量砷、锡、锑的方法研究

论文摘要

不锈钢是冶金工业中应用最广的一类金属材料,广泛应用于车辆、建筑、环保、造船、航空航天、原子能、能源等多个产业领域。近些年随着核电产业的不断发展,核电用钢的开发研究也越来越引起人们的重视。不锈钢及核电用钢中的一些痕量元素如砷、锑、锡等的存在对钢的性能有很大的影响,尤其是对于核电用钢,应该严格控制这些元素的含量。氢化物发生-原子荧光光谱法（HG-AFS）对于砷、锑、锡的测定具有检出限低,基体干扰小,精确度好等优点,具有化学分析法无可比拟的优越性。目前HG-AFS用于钢铁及合金中砷、锑的测定已有国家标准方法,有关低含量锡的测定还没有HG-AFS国家标准方法出台。已颁布的测定砷、锑的国家标准方法仍存在一些问题,如试剂消耗量大,操作步骤繁琐。本论文采用AFS-820型双道原子荧光光度计,通过优化仪器参数,选择合适的掩蔽剂及还原剂等试验研究并建立了核电用钢及低镍不锈钢样品中砷、锑、锡的测定方法,用标准物质及方法比对验证了所建立方法的准确性。为建立HG-AFS测定钢铁及合金中锡的国家标准方法提供了技术和实验支持。论文第一章介绍了研究的背景、内容及意义。综述了本论文所涉及的相关研究领域的背景知识,详细介绍了HG-AFS法的理论基础、分析性能、干扰情况及研究应用现状。论文第二章介绍了本工作所用仪器、试剂及标准溶液的制备方法,并给出了试验主要仪器AFS-820型双道原子荧光光度计的原理图。论文第三章介绍了HG-AFS测定核电用钢及低镍不锈钢中砷、锑分析方法的建立与研究。详细考察了灯电流、光电倍增管负高压、载气流量、屏蔽气流量、原子化器高度、读数时间、延迟时间等仪器参数对测定结果的影响,以及不同还原剂及介质酸度对砷、锑荧光强度的影响,并研究了砷锑两元素同测时的干扰情况。试验采用L-半胱氨酸作为预还原剂,在较低酸度下即能实现对砷、锑的预还原。对L-半胱氨酸的还原机理进行了探讨,认为L-半胱氨酸的还原作用是由于其和硼氢化钾反应生成一系列的中间产物,这些中间产物的结构和性质会随着溶液酸度的变化而变化,从而影响到砷、锑的氢化物发生反应。根据所建方法的定量下限和常见牌号的含量上限,确定了方法的实际测定范围。测定砷、锑的检出限分别为0.012μg-L-1、0.015μg·L-1,与已有的国家标准方法相比较具有操作简便、试剂消耗量少、检出限更低等优点。论文第四章介绍了HG-AFS测定核电用钢及低镍不锈钢中锡分析方法的建立与研究。试验考察了不同酸介质及酸度对锡的氢化反应的影响,发现锡的氢化反应酸度范围很窄,为提高测定的准确度,建立了柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液体系作为锡的氢化反应介质。又考察了常见基体共存离子对测定锡的影响以及柠檬酸对镍的掩蔽机理,认为柠檬酸对镍的掩蔽作用是由于柠檬酸和镍生成了络合物,且柠檬酸的掩蔽效果在弱酸条件下要强于在强酸条件下。综述了已有的关于锡的氢化发生反应机理的不同观点,并从电负性的角度探讨了酸度对锡的氢化反应的影响,锡的电负性小于氢的电负性,因此氢会比溶液中的锡优先于BH4-生成配合物。如果溶液中H+的浓度过高即酸度较大,将会造成没有足够的BH4-与溶液中的锡反应,从而抑制了锡的氢化反应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 理论基础
• 1.1 原子荧光光谱法
• 1.1.1 原子荧光光谱的产生及类型
• 1.1.2 荧光猝灭与荧光量子效率
• 1.1.2.1 荧光猝灭
• 1.1.2.2 荧光量子效率
• 1.1.3 原子荧光光谱分析的定量关系
• 1.1.4 原子荧光的饱和效应
• 1.1.5 原子荧光光谱仪器
• 1.1.6 原子荧光光谱分析的特点
• 1.2 氢化物发生
• 1.2.1 氢化物发生的原理及其优点
• 1.2.2 氢化物发生的机理
• 1.2.3 氢化物发生方法
• 1.2.3.1 金属-酸还原体系
• 1.2.3.2 硼氢化钠-酸还原体系
• 1.2.3.3 碱性模式
• 1.2.3.4 电化学方法
• 1.2.4 氢化物的原子化及其机理
• 1.2.4.1 热解原子化
• 1.2.4.2 自由基促进原子化
• 1.3 氢化物发生-原子荧光光谱分析法中的干扰及其消除
• 1.3.1 液相干扰
• 1.3.2 气相干扰
• 1.4 原子荧光光谱分析的研究及应用现状
• 1.4.1 原子荧光光谱分析在金属材料痕量元素分析中的应用
• 1.4.2 多元素同时测定的研究
• 1.4.3 原子荧光光谱法与其它分析方法联用的研究
• 1.5 本课题的研究目的与意义
• 第2章 试验仪器和试剂
• 2.1 试验仪器
• 2.2 试验主要试剂
• 第3章 HG-AFS测定核电用钢及低镍不锈钢中砷、锑分析方法的建立与研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验部分
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 仪器条件的选择与优化
• 3.3.1.1 灯电流
• 3.3.1.2 光电倍增管负高压
• 3.3.1.3 载气流量
• 3.3.1.4 屏蔽气流量
• 3.3.1.5 读数时间与延迟时间
• 3.3.1.6 原子化器高度的选择
• 3.3.2 反应条件的选择
• 3.3.2.1 还原剂的选择及用量
• 3.3.2.2 硼氢化钾及氢氧化钾的浓度
• 3.3.2.3 样品酸度
• 3.3.2.4 机理探讨
• 3.3.3 共存元素的干扰及消除
• 3.3.4 工作曲线及检出限
• 3.3.5 测定范围
• 3.3.6 样品分析
• 3.3.7 HG-AFS同时测定砷、锑的实验研究
• 3.3.7.1 试验方法
• 3.3.7.2 还原剂的选择
• 3.3.7.3 工作曲线及检出限
• 3.3.7.4 样品分析
• 3.4 小结
• 第4章 核电用钢及不锈钢中锡的HG-AFS分析方法的建立与研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验部分
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 仪器工作参数
• 4.2.3 试验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 酸度
• 4.3.2 缓冲溶液的选择及用量
• 4.3.3 硼氢化钾及氢氧化钾的质量浓度
• 4.4 机理探讨
• 4.5 共存元素的干扰及消除
• 4.6 工作曲线
• 4.7 方法的检出限及精密度
• 4.8 回收试验
• 4.9 样品分析
• 4.10 测定范围
• 4.11 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 发表的学术论文