摘要：电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）适用于硅锰合金中次、痕量硼元素的成分分析，文章通过对硅锰合金试样进行溶解处理，对比不同酸试剂对硼元素的消解效果，确定盐酸-硝酸-氢氟酸混合酸为最佳试样溶解体系。采用该体系完成试样前处理后，以ICP-OES测定硼元素在249.678nm特征谱线处的发射光强度，结合基体匹配法配制系列标准溶液绘制的校正曲线计算硼元素含量。验证结果表明，硼元素测定的精密度标准偏差为0.00082%，相对标准偏差（RSD）为3.81%，加标回收率介于95%~105%，统计学t检验显示，实测t值均小于t0.05，11临界值，测定结果无显著性差异。该方法操作简便、分析快速，可满足硅锰合金中次、痕量硼元素的生产检测需求。
       关键词：硅锰合金；硼含量检测；电感耦合等离子体发射光谱

　　硅锰作为炼钢常用铁合金，主要承担脱氧剂与脱硫剂功能，可有效去除钢水中多余氧、硫，从而提升钢材质量与性能。而硼元素能显著提高钢的淬透性，即便微量硼也可通过改善淬透性减少钢材淬火时的形变与开裂风险，同时允许在保证硬度的前提下降低合金总成本。基于此，炼钢厂在常规元素检测基础上新增了硼含量检测要求，通过精准调控硼含量进一步优化钢材性能。此前硅锰合金检测未涵盖硼元素，随着硼作为炼钢成分有效控制指标的价值被发掘，其对钢淬透性的提升作用愈发凸显，因此，从2023年起需实现硼元素的精准检测。

　　现阶段采用的盐酸-硝酸-氢氟酸混合酸溶样体系为最佳前处理方案，该体系具有溶样速度快、试剂消耗少、试样分解完全的优势[1]，已在化工、矿山、冶金分析领域广泛应用。将其与电感耦合等离子体发射光谱仪相结合用于硅锰合金中硼含量测定，不仅操作简便、检测周期短，更成功实现了硅锰合金中硼元素的精准检测。

　　1硼含量检测现状

　　在传统的化学湿法分析中，硅锰合金中的硼元素通常采用化学湿法分析，但方法存在流程冗长、操作烦琐、操作复杂、分析时间长且对操作人员技能要求极高等缺点，难以满足钢铁企业快节奏生产对检测效率的需求。由于硼较难用火焰原子化，原子吸收光谱法亦无法直接对其进行测定。现有检测手段的低效与烦琐，无法满足日常高频次、高效率的检测需求，因此，开发一种快速、准确、自动化程度高的分析方法，用于测定硅锰合金中的痕量硼，对于指导炼钢生产、优化合金添加、稳定钢材质量并最终提升产品竞争力具有至关重要的现实意义。基于此，拟采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）对绘制的硼元素的工作曲线并建立检测方法，建立一套完整、可靠的硅锰合金中硼含量的检测方案，以填补现有检测体系的空白。

　　2实验过程

　　2.1实验仪器与试剂

　　实验仪器：采用安捷伦公司的725型电感耦合等离子体发射光谱仪，BSA224S-CW电子天平（计量编号：518079E05）。

　　实验试剂：盐酸工艺超纯，ρ=1.19g/mL；硝酸工艺超纯，ρ=1.42g/mL；氢氟酸，ρ=1.15g/mL；水，符合《分析实验室用水规格和试验方法》GB/T 6682—2008规定的二级水[2]；硼标准溶液，1000mg/L；高纯锰粉，Mn＞99.98%；高纯铁粉，Fe＞99.98%。

　　2.2电感耦合等离子体分析参数设置

　　功率：1.2kW；观察高度：8mm；载气流量：075L/min；泵速：15r/min；等离子气流量：15.00L/min；辅助气流量：1.5L/min；雾化气流量：0.60L/min[3]；样品冲洗时间：30s；积分时间：5s；测量次数：3次。

　　2.3试样溶液的制备与测定

　　硼含量的检测：称取0.2000g（精确至0.1mg）硅锰合金的试样在聚四氟乙烯烧杯中，加入8mL纯水、2mL浓盐酸、6mL浓硝酸、1mL氢氟酸后，低温溶解试样。待试样溶解完成后，冷却至室温以下，将溶解后的试液进行少量多次的洗涤，转移至100mL塑料容量瓶中，加水稀释至刻度，摇晃至均匀。称一定量的高纯锰粉和高纯铁粉，随同试样过程制作空白溶液。

　　2.4工作曲线的绘制

　　分别称取0.15g高纯锰粉和0.05g高纯铁粉数份（不少于6个）于聚四氟乙烯烧杯中，加入8mL水、2mL盐酸、6mL硝酸、1mL氢氟酸后，低温溶解试样。完成溶解后，待冷却至室温以下，将溶解后的试液进行少量多次的洗涤，转移至100mL塑料容量瓶中。依次加入硼标准溶液后以水定容，作为硼元素检测的工作曲线，元素的标准溶液的质量浓度如表1所示，在电感耦合等离子体发射光谱仪上按分析参数的工作条件进行测定。

　　3结果与讨论

　　3.1电感耦合等离子体分析参数的优化

　　3.1.1射频功率

　　为了实现对硅锰合金中微量硼元素的精确测定，首先对电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）的关键工作参数进行系统优化，以获得最佳信噪比。ICP-OES分析过程中，射频功率是影响等离子体稳定性和元素激发效率的重要因素。功率过低时，等离子体能量不足，导致激发效率降低，硼元素的发射信号明显减弱，同时仪器响应信号不稳定，重复性差。而功率过高则会引起背景辐射增强，基体干扰加剧，从而导致信号与噪声比下降，影响测量准确性。通过在1.0~1.5kW范围内逐步测试，实验结果显示，当射频功率设定为1.2kW时，硼元素的谱线强度达到较高水平，同时信号稳定性良好，背景干扰处于可接受范围，实现了激发效率与信噪比之间的最佳平衡。因此，最终确定1.2kW作为ICP-OES分析硼元素的最佳射频功率，为后续测量提供了稳定可靠的基础条件。

　　3.1.2观测高度

　　观测高度是ICP-OES分析中的另一关键参数，直接影响样品原子或离子在等离子体内的激发效率和发射光信号的强弱。在实验过程中，研究对6~10mm的观测高度进行了系统考察，结果表明观测高度对硼元素的轴向信号强度具有显著影响。在较低高度时，等离子体温度较高，基体干扰显著，容易产生光谱线重叠和背景信号增强，影响测定精度。而在较高高度时，等离子体温度下降，硼的激发效率降低，信号强度减弱。实验数据表明，当观测高度设置在8mm时，硼元素的发射信号最强，同时受到基体干扰最小，测量结果的重复性和准确性均达到最佳状态。因此，本研究选定8mm作为ICP-OES测定硼元素的最优观测高度，以保证信号强度与测量可靠性兼顾。

　　在确定射频功率和观测高度的基础上，还需考虑其他辅助因素对ICP-OES分析硼元素的影响，以进一步提高测定的灵敏度与精确性。例如，雾化气体流量、样品进样速率及等离子体观测模式（轴向或径向）都会对信号强度和背景干扰产生一定影响。雾化气体流量直接影响样品雾化效果和等离子体中粒子的浓度，流量过低可能导致样品传输不足，信号减弱；流量过高则可能稀释等离子体，降低激发效率。进样速率影响分析的稳定性与重复性，合理的流速能够保证等离子体内样品浓度均匀，提高信号可重复性。

　　此外，轴向观测模式能够获得较高的信号强度，但背景干扰相对较大，而径向观测模式背景干扰小，但信号较弱，因此在实际分析中需结合样品性质和测定要求进行选择。综合考虑上述因素，本研究在优化射频功率1.2kW和观测高度8mm的基础上，通过调整雾化气体流量及采用适当的进样速率，实现了ICP-OES测定硼元素的信号强度、背景干扰和重复性之间的最佳平衡，从而为硅锰合金中微量硼元素的高精度测定提供了可靠的实验条件和技术保障。

　　3.1.3雾化气流

　　雾化气流量的优化对于ICP-OES分析同样具有重要意义，它影响样品溶液向等离子体的输送效率及气溶胶的粒径分布。合理的雾化气流能够使样品溶液充分雾化，形成粒径均匀的气溶胶，从而保证样品高效、稳定地传输到等离子体区域，最大限度地激发分析元素的发射信号。在本研究中，通过逐步调节雾化气流量，实验发现当气流量设定为0.60L/min时，气溶胶雾化效率最佳，粒径分布均匀，硼元素发射信号稳定且强度较高，同时背景干扰和信号漂移现象最小。这一气流条件不仅提升了测量灵敏度，也改善了分析结果的重复性，为硅锰合金中微量硼元素的精确测定提供了可靠保障。综上所述，通过对射频功率、观测高度和雾化气流量的系统优化，ICP-OES分析方法在保证信号强度的同时，实现了对硼元素的高精度测定，为后续样品检测和数据分析奠定了坚实基础。

　　3.2溶解用酸配比选择

　　样品中硼元素含量检测的准确性，主要取决于样品的预处理过程中溶解试样是否完全。本次实验使用硝酸、盐酸、氢氟酸进行不同比例组合，对同一样品的试样溶解情况进行比较，如表2所示。

　　实验结果表明，当硼铁的称样量为0.2000g，加入8mL水、6mL硝酸、2mL盐酸、1mL氢氟酸的混酸体系消解效果最好，因此使用该混酸体系作为试样溶解的用酸情况。

　　3.3分析曲线的选择

　　硼的分析曲线在选择上可考察249.77nm、208.96nm、249.678nm特征波长，其中，249.77nm波长的谱线强度最高，但是其附件共存元素干扰比较严重，如FE248.327nm波长有较强的谱线干扰，相比之下208.96nm和249.678nm附件共存元素干扰较少，但是249.678nm的相关系数较208.96nm的好，且线性相关系数r>0.999，故选择B 249.678nm进行测定。

　　3.4线性方程和检出限

　　通过系列标准工作溶液绘制标准工作曲线并拟合线性方程，相关结果如表3所示，如图1所示。在0~0.08mg/mL线性范围内，线性方程为y=36568x+45.329，线性相关系数r=0.999；硼元素检出限通过连续测定10次空白溶液，以其标准偏差的3倍除以标准工作曲线斜率计算得出，结果为0.00047μg/mL，在99%置信度下，浓度高于该值的硼信号可判定为真实信号，而非噪声波动所致。为验证校准曲线的准确度，对标准标样（如GSB03-2537—2009）进行重复测定，测得其测定值与真实值的相对误差在±10%范围内，表明校准曲线准确度满足检测要求。

　　3.5精密度及准确度实验

　　选取硅锰合金标准样品按照试验方法对试样中的硼含量进行测定，标样GSB03-2537—2009进行连续11次重复检测，结果如表4所示。

　　由表4可知，该方法的精密度良好，其相对标准偏差RSD为3.81%。用t检验对以上数据进行计算，硼元素的t值小于t0.05，11=2.23，利用t检验比较测定结果的平均值与标准试样的标准值无显著性差异。因此，文章提出的方法测定平均值与标准物质的真值之间不存在显著性差异，准确度较高。

　　3.6加标回收

　　对标准标样GSB03-2537—2009精确加入一定量的硼标准溶液，电感耦合等离子体发射光谱仪进行加标回收率实验，通过计算加标回收率来考察准确度，结果如表5所示，硼的回收率均在95%~105%，回收效果良好，符合分析要求。说明文章研究的方法具有良好的准确性、可靠性，适用于硅锰合金中硼含量的检测。

　　4结束语

　　通过实验研究，采用盐酸、硝酸、氢氟酸为试样的溶解液对硅锰合金试样进行试样前处理，具有溶解完全、速度快捷、试剂消耗量少等优势，目前已在化工及矿金分析领域得到广泛应用。与电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）法分析检测结合，进行硅锰合金中硼的含量测定，在测定硅锰合金中的硼元素的含量时，做到操作简单快捷、先进可靠、分析速度快、检测周期短，适用于硅锰合金试样的测定。提高了检测效率，方法的精密度、准确度良好，填补了现有的实验空白，为炼钢生产提供了及时、准确的硼含量数据支撑，对优化合金添加、控制钢材性能具有直接的指导价值，该方法可应用于硅锰合金中的硼元素的日常检测工作中。

　参考文献

　　［1］刘雪朋.硅锰合金中化学成分分析能力实验室间结果比对［J］.山东冶金，2023，45（1）：50-51+64.

　　［2］夏楠，晁伟，莫志朋，等.硅锰合金尾气生物发酵制燃料乙醇脱硫工艺研究［J］.化工管理，2023（3）：84-86.

　　［3］许杰，马国军，张翔，等.硅锰合金粉尘配碳团块中锌铅和碱金属的脱除研究［J］.烧结球团，2022，47（6）：66-75+160.