使用CCD型全谱直读光谱仪测低合金结构钢中微量硼元素的实践

在钢中添加微量硼元素可提高结构钢用紧固件钢材的淬火性能，但是在焊接用结构钢中过量硼元素会严重影响材料的焊接性能，而紧固件连接和焊接是钢结构中最主要的连接方式，所以准确测定硼元素含量对结构钢至关重要。本文以ARL easySpark CCD型火花全谱直读光谱仪为蓝本，阐述了微量硼元素的测试方法及需要注意的地方。

关键字：CCD；全谱直读光谱；硼

根据客户需求，用于焊接的钢材中硼元素含量必须不大于8ppm，传统的化学法测硼元素步骤繁琐，且容易引起硼污染。电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）虽然有相应国家标准方法，但是仪器价格昂贵，只用来测硼元素并不经济。直读光谱法虽有国家标准，但由于某些原因，按照此方法不能很好的测微量硼元素，根据相关标准、文献，结合本人工作经验，总结了微量硼元素测试不准确的原因及解决方法。

随着电子技术的发展，CCD型全谱直读光谱仪是近几年发展起来的新型直读光谱仪，相对于传统PMT型光电直读光谱仪，它可以做到全谱、小型化、廉价的优点，但缺点也同样明显，就是检出限远不如传统PMT型直读光谱。如此低含量的硼元素，使用CCD型直读光谱仪是否可行？

查看仪器工厂曲线。直读光谱仪不同于其它类型的分析仪器，高低标校正或者类型校正都要依赖于工厂原始曲线的基础之上，工厂曲线做不好，再怎么校准，都不可能得出准确可靠的数据。查看软件曲线，硼元素特征谱线波长:182.59nm，铁内标线波长：205.16nm。除了RE12纯铁样品外，SUS样品范围从3ppm～930ppm，共36点，且大部分点都集中在3ppm～49ppm范围内。曲线采用二次项方程拟合，加入了钼、铬、铜、锰原始的干扰校正，曲线拟合平滑。见下图：

由此可见，工厂原始曲线完全满足8ppm含量的要求。

直读光谱用类型标准样品需要良好的均匀性和适当的方法进行准确可靠的定值，但是很遗憾，采购了多块标准样品，除了其中一块以外，对全硼元素的测定都得不到满意的结构。查看各个标样证书有以下问题：1.国内标样研发机构的鱼龙混杂。GB/T 223.75-2008《钢铁及合金 硼含量的测定 甲醇蒸馏-姜黄素光度法》和GB/T 223.78-2000《钢铁及合金化学分析方法 姜黄素直接光度法测定硼含量》操作复杂，所使用的玻璃器皿含硼和化学试剂含硼都有可能会引起硼污染，需要技术动作娴熟、经验丰富的的专业技术人员操作；2.使用的定值方法不恰当。很多标样证书显示全硼元素的定值方法之一是ICP-AES(电感耦合等离子体原子发射光谱)，但此种方法按照正常操作只能测酸溶硼，并不能测全硼。且GB/T 20125-2006 《低合金钢 多元素含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法》，全硼或者酸溶硼并不在此标准范围内。

不仅仅是硼元素，国内标样其它元素的定值都或多或少的存在着类似问题。笔者本人希望以后条件成熟，遵从ASTM E2972的要求，自己研发自己所需的类型标准样品。

easySpark光谱仪工厂曲线硼元素的特征谱线有两条可以选择，分别是162.40nm和182.59nm，这2条谱线都在紫外区，需要高纯度的氩气吹扫才能保证谱线强度，特别是162.40nm这条特征谱线，虽然没有其它元素的谱线干扰，但需要高质量氩气。

以上是笔者本人多年光谱应用结合经典化学法，对硼元素光谱分析的一点总结，感觉最大的问题是类型标准样品的选择。难免有不足之处。

GBT 4336-2016 《碳素钢和中低合金钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法（常规法）》

ASTM E415 – 17 《Standard Test Method for Analysis of Carbon and Low-Alloy Steel by Spark Atomic Emission Spectrometry》

GBT 20125-2006 《低合金钢 多元素含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法》

GB/T 223.81-2007《钢铁及合金 总铝和总硼含量的测定 微波消解-电感耦合等离子体质谱法》

ASTM E2972-15 《Standard Guide for Production, Testing, and Value Assignment of In-House Reference Materials for Metals, Ores, and Other Related Materials》

GB/T 223.75-2008《钢铁及合金 硼含量的测定 甲醇蒸馏-姜黄素光度法》

GB/T 223.78-2000《钢铁及合金化学分析方法 姜黄素直接光度法测定硼含量》

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