硼常被譽(yù)為鋼中的維生素,即使含量甚微也能對(duì)鋼質(zhì)起到很大的影響。能成倍增加鋼的淬火性是其獨(dú)特的作用。同時(shí),硼又能增加鋼的硬度和抗張力,改善鋼的焊接性能等。目前，測(cè)定鋼中微量硼的方法有很多，有火花源原子發(fā)射光譜法、電感耦合等離子發(fā)射光譜法及直流電弧攝譜法。火花源發(fā)射光譜分析樣品處理簡(jiǎn)便、分析速度快，且穩(wěn)定性好，但是火花源靈敏度一般。電感耦合等離子發(fā)射光譜分析法具有非常好的精密度和靈敏度，但是由于其只能分析液體樣品，因此分析鋼樣，需要一個(gè)復(fù)雜的樣品消解過程，不適合爐前快速分析。電弧攝譜法也具有很好的分析靈敏度，但是電弧不穩(wěn)定，定量分析的精密度不好。

為使目前的火花光譜儀能夠在測(cè)量中低合金鋼中微量硼時(shí)具有很好的分析靈敏度和精密度。本文以鋼研納克新研制的火花/電弧光源為激發(fā)光源，來分析中低合金鋼中微量硼。通過在火花放電后期加入直流電弧以維持放電過程，可以大大增強(qiáng)激發(fā)強(qiáng)度，從而提高分析靈敏度和精密度。論文對(duì)新光源的分析條件、工作曲線、分析準(zhǔn)確度及精密度進(jìn)行了研究。

1  實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作條件

火花直讀光譜儀Labspark1000（鋼研納克檢測(cè)技術(shù)股份有限公司）：光柵焦距750 mm、2 400 lp/mm；光譜范圍120～800 nm；帕邢-龍格真空光學(xué)系統(tǒng)。

1.2 激發(fā)光源及激發(fā)條件

激發(fā)光源采用鋼研納克ZX研制的全數(shù)字能量可調(diào)火花光源。該光源具備火花放電和電弧放電的性能，能實(shí)現(xiàn)三種工作狀態(tài)下的自由切換：火花、火花/直流電弧以及直流電弧。放電參數(shù)全數(shù)字可調(diào)：激發(fā)頻率在0～600 Hz內(nèi)可調(diào)；電弧電流5 ～15 A內(nèi)可調(diào)；在火花/電弧狀態(tài)下，電弧寬度也可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍取決于火花頻率。由于中低合金鋼中的硼含量比較低，在0.000 3%~0.05%范圍內(nèi)，而且硼的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高難以揮發(fā)，為保證分析精度和靈敏度，激發(fā)光源采用火花/電弧模式，火花頻率為500 Hz，電弧電流為10 A，電弧寬度為200 μs。

2  結(jié)果與討論

2.1 分析時(shí)間的確定

2.1.1 沖洗時(shí)間

激發(fā)室中殘余的空氣及激發(fā)后的殘留物要及時(shí)沖洗掉，以保證樣品激發(fā)環(huán)境的穩(wěn)定性，否則會(huì)對(duì)分析元素的譜線強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。參考儀器中預(yù)置方法及實(shí)際試驗(yàn)。

2.1.2 預(yù)燃時(shí)間

火花光譜分析一般要求預(yù)燃后強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定開始曝光。因此，需要通過試驗(yàn)確定B元素達(dá)到穩(wěn)定曝光的預(yù)燃時(shí)間。選取一塊均勻的中低合金鋼標(biāo)樣，在不同預(yù)燃時(shí)間條件下進(jìn)行B元素的強(qiáng)度測(cè)定，預(yù)燃時(shí)間在7~13 s內(nèi)變化。硼元素強(qiáng)度隨預(yù)燃時(shí)間變化趨勢(shì)如圖1所示。從圖中可以看出，當(dāng)預(yù)燃時(shí)間為10 s時(shí)，強(qiáng)度已趨于穩(wěn)定。因此，預(yù)燃時(shí)間設(shè)定為10 s。

圖1  硼的預(yù)燃曲線

2.1.3 積分時(shí)間

積分時(shí)間影響數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性，積分時(shí)間不能太短，也不能太長(zhǎng)。積分時(shí)間太短會(huì)增大測(cè)量的偶然誤差，使計(jì)算結(jié)果變得不可靠；積分時(shí)間太長(zhǎng)則會(huì)因設(shè)備電源的波動(dòng)及氬氣流量的微小變化增大測(cè)量誤差。與確定預(yù)燃時(shí)間試驗(yàn)一樣，選取一塊均勻的中低合金鋼標(biāo)樣，分別選擇7、8、9、10、11、12、13 s作為積分時(shí)間進(jìn)行分析，每個(gè)積分時(shí)間下連續(xù)激發(fā)10次，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，并取標(biāo)準(zhǔn)偏差Z小時(shí)的積分時(shí)間10 s作為分析時(shí)的積分時(shí)間。

2.2  標(biāo)準(zhǔn)樣品的確定

根據(jù)中低合金鋼中硼元素分析含量在0.000 3%~0.05%范圍內(nèi)。根據(jù)建立和控制光譜化學(xué)分析工作曲線規(guī)則，控制工作曲線標(biāo)樣中硼含量應(yīng)該在上述范圍內(nèi)。通過檢索國(guó)內(nèi)外中低合金鋼標(biāo)樣中硼含量，選定國(guó)產(chǎn)中低合金鋼標(biāo)樣GSBH40068-93和國(guó)產(chǎn)低合金鋼標(biāo)樣GBW01395-01400作為控制工作曲線標(biāo)樣。

2.3  工作曲線擬合

對(duì)選取的控制工作曲線標(biāo)樣進(jìn)行激發(fā)，每個(gè)標(biāo)樣激發(fā)2次，取兩次激發(fā)強(qiáng)度的平均值，然后對(duì)強(qiáng)度數(shù)據(jù)和含量數(shù)據(jù)進(jìn)行Z小二乘法擬合，擬合曲線如圖2所示。

圖2  硼的工作曲線

2.4  精密度試驗(yàn)

在中低合金鋼中，選取兩塊均勻的中低合金鋼標(biāo)樣，在建立好的中低合金鋼工作曲線下進(jìn)行分析，連續(xù)激發(fā)5次，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表1。

表1  精密度數(shù)據(jù)

2.5  準(zhǔn)確度比對(duì)

標(biāo)樣1和標(biāo)樣2為國(guó)產(chǎn)合金結(jié)構(gòu)鋼中的兩塊標(biāo)鋼，其中硼的含量已經(jīng)用化學(xué)方法測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表2所示。通過比較可以看出，火花/電弧光源分析中低合金鋼中微量硼元素具有很好的準(zhǔn)確度。

表2  準(zhǔn)確度比對(duì)

3  結(jié)論

利用鋼研納克火花直讀光譜儀新型火花光源對(duì)中低合金鋼中的微量硼元素進(jìn)行了分析。試驗(yàn)對(duì)分析時(shí)間、工作曲線及分析精度、準(zhǔn)確度進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在新光源條件下，在0.000 3%~0.05%含量范圍內(nèi)，硼的工作曲線具有良好的線性和相關(guān)性；在分析10-5量級(jí)的含量分析中，仍具有良好的精密度和準(zhǔn)確度。