ГОСТ Р ИСО 13899-2-2009 Сталь. Определение содержания молибдена, ниобия и вольфрама в легированной стали. Спектрометрический атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой метод. Часть 2. Определение содержания ниобия

Сталь
Определение содержания молибдена, ниобия и вольфрама в легированной стали

СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ АТОМНО-ЭМИССИОННЫЙ С ИНДУКТИВНО СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ МЕТОД

Часть 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НИОБИЯ

ISO 13899-2:2005
Steel - Determination of Mo, Nb and W contents in alloyed steel -
Inductively coupled plasma atomic emission spectrometric method -
Part 2: Determination of Nb content
(IDT)

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 145 «Методы контроля металлопродукции» на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 145 «Методы контроля металлопродукции»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 6 апреля 2009 г. № 121-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 13899-2:2005 «Сталь. Определение содержания молибдена, ниобия и вольфрама в легированной стали. Спектрометрический атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой метод. Часть 2. Определение содержания ниобия» (ISO 13899-2:2005 «Steel - Determination of Mo, Nb and W contents in alloyed steel - Inductively coupled plasma atomic emission spectrometric method - Part 2: Determination of Nb content»).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении Е

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Содержание

Сталь
Определение содержания молибдена, ниобия и вольфрама в легированной стали

СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ АТОМНО-ЭМИССИОННЫЙ С ИНДУКТИВНО СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ МЕТОД

Часть 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НИОБИЯ

Дата введения - 2010-01-01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает спектрометрический атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой метод определения ниобия в сталях. Метод применим для определения массовой доли ниобия в диапазоне 0,005 % - 5 %.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ИСО 648:1977 Посуда лабораторная. Пипетки с одной меткой

ИСО 1042:1983 Посуда лабораторная стеклянная. Мерные колбы с одной меткой

ИСО 3696:1987 Вода для проведения анализа в лабораториях. Технические условия и методы испытаний

ИСО 5725-1:1994 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения

ИСО 5725-2:1994 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 2. Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости результатов стандартного метода измерений

ИСО 5725-3:1994 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 3. Промежуточные показатели прецизионности стандартного метода измерений

ИСО 14284:1996 Сталь и чугун. Отбор и подготовка проб для химического анализа

3 Сущность метода

Пробу растворяют в смеси хлористоводородной, азотной и фтористоводородной кислот и выпаривают со смесью фосфорной и хлорной кислот. Добавляют фтористоводородную кислоту и, в случае необходимости, раствор элемента в качестве внутреннего стандарта. Далее раствор разбавляют до определенного объема. Полученный раствор фильтруют, распыляют в плазму атомно-эмиссионного спектрометра и измеряют интенсивность излучения элемента одновременно с измерением светового излучения элемента внутреннего стандарта.

Применяют метод калибровки, основанный на подборе растворов для калибровки, близких по составу (матрице) и содержанию ниобия в анализируемой пробе. Таким способом, учитывая влияние матрицы, обеспечивается высокая точность измерений даже для образцов высоколегированных сталей, где спектральные помехи могут быть значительными. Все помехи должны сводиться к минимуму, и поэтому используемый спектрометр должен удовлетворять необходимым требованиям по выбору аналитических линий.

Чтобы тщательно подобрать нужную матрицу, необходимо знать концентрацию всех элементов пробы с точностью до одного процента. Следовательно, необходимо выполнить предварительный анализ пробы каким-либо полуколичественным методом.

4 Реактивы

Если нет других указаний, используют реактивы установленной аналитической степени чистоты и дистиллированную воду, дополнительно очищенную перегонкой или другим способом.

4.1 Фтористоводородная кислота, 40 %-ная (массовая доля), плотностью r » 1,14 г/см³.

4.2 Хлористоводородная кислота плотностью r » 1,19 г/см³.

4.3 Азотная кислота плотностью r » 1,40 г/см³.

4.4 Ортофосфорная кислота плотностью r » 1,70 г/см³, разбавленная 1:1.

4.5 Хлорная кислота плотностью r » 1,54 г/см³, разбавленная 1:1.                                            

4.6 Смесь кислот для выпаривания: смешивают 100 см³ ортофосфорной кислоты (4.4) и 300 см³ хлорной кислоты (4.5).

4.7 Раствор внутреннего стандарта концентрацией 1000 мг/дм³

Выбирают подходящий элемент в качестве внутреннего стандарта и готовят раствор концентрацией 1000 мг/дм³. Внутренний стандарт должен быть чистым, отсутствовать в пробе и не накладываться на аналитические линии.

Длина волны элемента внутреннего стандарта не должна накладываться на длины волн элементов, присутствующих в растворе пробы.

Внутренний стандарт должен полностью растворяться в используемых кислотах, не образуя осадка. Условия возбуждения аналитической линии и линии внутреннего стандарта должны совпадать.

4.8 Раствор ниобия концентрацией 1000 мг/дм³

Взвешивают с точностью до 0,0001 г 0,5 г высокочистого ниобия чистотой более 99,95 % и растворяют в смеси: 30 см³ фтористоводородной кислоты и 3 см³ азотной кислоты. Раствор охлаждают и количественно переносят в пластмассовую мерную колбу с одной меткой вместимостью 500 см³, доводят до метки водой и перемешивают. 1 см³ этого раствора содержит 1 мг ниобия.

Примечание - Нельзя использовать ранее приготовленный стандартный раствор ниобия для последующих анализов.

4.9 Раствор ниобия концентрацией 100 мг/дм³

Переносят с помощью откалиброванной пипетки 25 см³ основного стандартного раствора ниобия (4.8) в пластмассовую мерную колбу с одной меткой вместимостью 250 см³. Добавляют 2,5 см³ фтористоводородной кислоты (4.1). Доводят до метки водой и перемешивают. 1 см³ этого раствора содержит 0,1 мг ниобия.

4.10 Раствор ниобия концентрацией 10 мг/дм³

Переносят с помощью откалиброванной пипетки 2,5 см³ основного стандартного раствора ниобия (4.8) в пластмассовую мерную колбу с одной меткой вместимостью 250 см³. Добавляют 2,5 см³ фтористоводородной кислоты (4.1), доводят до метки водой и перемешивают. 1 см³ этого раствора содержит 0,01 мг ниобия.

4.11 Растворы мешающих и матричных элементов

Готовят стандартные растворы каждого элемента, содержание которого в анализируемой пробе свыше 1 % по массовой доле. Используют чистые элементы или окислы с массовой долей ниобия менее 10 мкг/г. Допускается использовать растворы мешающих и матричных элементов, если содержание в них ниобия менее, чем указано выше.

Примечание - Если добавляют большое количество элемента (например, железа), то преимущество следует отдавать чистому металлу и взвешивать точное количество (см. 7.3, 7.4). В этом случае используют процедуру растворения по 7.1.2.

5 Средства измерений и вспомогательное оборудование

Применяемые пластмассовые пипетки и колбы должны быть откалиброваны в соответствии с ИСО 648 и ИСО 1042.

5.1 Атомно-эмиссионный спектрометр с индуктивно связанной плазмой и системой распыления, стойкой к фтористоводородной кислоте

При использовании тефлонового распылителя рекомендуется для улучшения смачиваемости в распылитель и распылительную камеру добавить поверхностно-активное вещество. Однако современные распылители часто делают из пластиковых материалов с лучшими по сравнению с тефлоном характеристиками смачиваемости и, следовательно, они могут быть использованы (как в случае корундовых распылителей) без применения поверхностно-активного вещества.

Атомно-эмиссионный спектрометр с индуктивно связанной плазмой будет удовлетворять необходимым требованиям, если после оптимизации в соответствии с 7.2.1-7.2.4 будут соблюдены критерии, предусмотренные в 5.1.2-5.1.4.

Спектрометр может быть любого типа. Последовательный тип позволяет работать как с внутренним стандартом, так и без него. Однако в случае применения внутреннего стандарта спектрометр должен иметь дополнительное устройство для одновременного измерения аналитической линии и линии внутреннего стандарта.

5.1.1 Аналитические линии

Настоящий стандарт не устанавливает использование конкретной аналитической линии. Это обязывает каждую лабораторию тщательно исследовать линии, имеющиеся на ее оборудовании, чтобы найти наиболее подходящие с точки зрения чувствительности и избирательности.

В таблице 1 приводятся два варианта аналитических линий с указанием возможных влияний (приложение В).

Таблица 1 - Примеры аналитических линий и влияния мешающих элементов при определении ниобия

Линию для элемента внутреннего стандарта следует выбирать в соответствии с 4.7. Однако рекомендуется использовать линию Sc 363,07 нм. Эта линия свободна от влияния мешающих элементов и их содержаний (приложение В).

5.1.2 Минимальное практическое разрешение спектрометра

Рассчитывают ширину полосы в соответствии с А.1 (приложение А) для используемой длины волны, в том числе и для линии внутреннего стандарта. Ширина полосы должна быть 0,030 нм.

5.1.3 Минимальная кратковременная прецизионность

Рассчитывают кратковременную прецизионность в соответствии с А.2 (приложение А).

Относительное стандартное отклонение не должно превышать 0,5 % средних абсолютных или относительных интенсивностей для концентраций ниобия (мг/дм³), превышающих предел обнаружения по 5.1.4 в 100-1000 раз. Для концентраций, превышающих предел обнаружения в 10-100 раз, относительное стандартное отклонение не должно превышать 5 %.

5.1.4 Предел обнаружения (ПО) и предел количественного определения (ПКО) Рассчитывают ПО и ПКО в соответствии с А.3 (приложение А) для используемой аналитической линии. Их значения не должны превышать значений, указанных в таблице 2.

Таблица 2 - Предел обнаружения и предел количественного определения

5.2 Политетрафторэтиленовые стаканы (ПТФЭ-стаканы).

5.3 Полипропиленовые мерные колбы вместимостью 100 см³.

6 Отбор и подготовка проб

Отбор и подготовка проб - по ИСО 14284.

7 Проведение анализа

7.1 Приготовление раствора пробы для анализа Т_n

7.1.1 Взвешивают с точностью до 0,0005 г навеску пробы в соответствии с таблицей 3 и помещают в политетрафторэтиленовый стакан.

Таблица 3 - Навеска пробы

7.1.2 Добавляют 10 см³ хлористоводородной кислоты (4.2), 2 см³ азотной кислоты (4.3) и 5 см³ фтористоводородной кислоты (4.1) и продолжают нагревание до полного растворения. Образующийся осадок (налет) на стенках стакана смывают стеклянной палочкой с резиновым наконечником. Добавляют 20 см³ смеси кислот для выпаривания (4.6) и нагревают до появления паров хлорной кислоты. Продолжают выпаривание в течение 2-3 мин (белые пары должны быть вверху ПТФЭ-стакана).

7.1.3 Охлаждают раствор и добавляют 10 см³ воды для растворения солей. Если осадок полностью не растворился, то добавляют 2 см³ фтористоводородной кислоты и медленно нагревают в течение 20 мин до полного растворения осадка.

7.1.4 Охлаждают раствор до комнатной температуры и переводят количественно в мерную полипропиленовую колбу (5.3) вместимостью 100 см³. Если используют внутренний стандарт, то добавляют 1 см³ раствора внутреннего стандарта (4.7). При добавлении внутреннего стандарта необходимо тщательно следить за тем, чтобы добавляемый объем был абсолютно одинаковый для каждой колбы.

7.1.5 Раствор, полученный в соответствии с 7.1.4, доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают.

7.1.6 Фильтруют все растворы через бумажные фильтры средней плотности, отбрасывая первые 2-3 см³.

7.2 Подготовка к спектрометрическим измерениям

7.2.1 Включают спектрометр и нагревают в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

7.2.2 Прибор оптимизируют в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

7.2.3 Готовят программное обеспечение спектрометра для измерения интенсивности аналитических линий, расчета среднего значения и относительного стандартного отклонения.

7.2.4 Если используют внутренний стандарт, то готовят программное обеспечение для расчета отношения между интенсивностями аналитических линий определяемого элемента и элемента внутреннего стандарта. Интенсивность линии внутреннего стандарта необходимо измерять одновременно с интенсивностью аналитической линии.

7.2.5 Требования к рабочим характеристикам спектрометра должны соответствовать 5.1.2-5.1.4.

7.3 Предварительный анализ раствора пробы

Готовят растворы для калибровки К_0,5 или К₅, соответствующие массовой доле ниобия 0,5 % или 5 % в зависимости от ожидаемого содержания, и раствор матрицы, соответствующий раствору пробы. Готовят также контрольный градуировочный раствор К₀ тем же способом, что и градуировочный, но без добавления раствора ниобия.

7.3.1 Добавляют, используя пипетку, 2,5 см³ раствора ниобия (4.8) в полипропиленовую мерную колбу (5.3) вместимостью 100 см³ с отметкой К_0,5 (соответствует содержанию Nb 0,5 %) или 12,5 см³ раствора ниобия (4.8) в мерную колбу вместимостью 100 см³ (5.3) с отметкой К₅ (соответствует содержанию Nb 5 %).

7.3.2 К градуировочному раствору К_0,5 или К₅ добавляют все элементы матрицы концентрацией более 1 %, используя стандартные растворы (4.11) с точностью до 1 % и раствор внутреннего стандарта (4.7). Расчеты необходимо проводить с учетом массы навески пробы 0,5 г или 0,25 г.

7.3.3 Во вторую полипропиленовую мерную колбу вместимостью 100 см³ (5.3) с отметкой К₀ добавляют матричные элементы (7.3.2) и внутренний стандарт (4.7) при использовании.

7.3.4 В обе колбы добавляют 20 см³ смеси кислот для выпаривания (4.6), доводят до метки водой и перемешивают.

7.3.5 Измеряют абсолютные или относительные интенсивности растворов К₀ и К_0,5 или К₅.

7.3.6 Измеряют абсолютные или относительные интенсивности для раствора пробы Т_п.

7.3.7 Рассчитывают приблизительную концентрацию ниобия в растворе пробы интерполяцией между абсолютными или относительными интенсивностями растворов К₀ и К_0,5 или К₅.

7.4 Приготовление двух градуировочных растворов K_Ln и К_Hn

Для каждого образца п готовят по 7.4.1 и 7.4.2 два близких по матрице градуировочных раствора K_Ln и К_Hn с концентрациями ниобия в растворе K_Ln немного ниже и в К_Нп немного выше, чем в растворе анализируемой пробы.

7.4.1 Используют результаты, полученные по 7.3.7, и рассчитывают приблизительное количество ниобия m_s (мг) в растворе анализируемой пробы. Добавляют с помощью откалиброванной пипетки m_Ln = (m_s - 0,05´m_s) подходящего раствора ниобия (4.8, 4.9 или 4.10) в один политетрафторэтиленовый стакан с отметкой K_Ln и т_Нп = (m_s + 0,05´m_s) - во второй стакан с отметкой К_Нп.

7.4.2 Все матричные элементы, содержащиеся в анализируемой пробе концентрацией свыше 1 %, добавляют в виде стандартных растворов (4.11) в тех же количествах, что и в матрице (с точностью до 1 %) к градуировочным растворам K_Ln и К_Hn.

7.4.3 Подготовку растворов проб стали для определения содержания ниобия готовят в соответствии с 7.1.2-7.1.6.

7.5 Определение содержания ниобия в растворах проб стали

7.5.1 Измеряют абсолютную или относительную интенсивность аналитической линии ниобия, начиная с градуировочного раствора с меньшей концентрацией ниобия K_Ln. Затем измеряют раствор пробы Т_пи градуировочный раствор с большей концентрацией К_Нп. Повторяют измерения в указанной последовательности три раза и рассчитывают средние интенсивности I_Ln и I_Нп для градуировочных растворов K_Ln и К_Нпи I_T для раствора пробы соответственно.

7.5.2 Строят градуировочный график зависимости измеренных интенсивностей I_Ln и I_Нп от количества ниобия m_Ln и т_Нп в градуировочных растворах. Определяют количество ниобия т_Тв растворе пробы интерполяцией измеренной интенсивности I_T между I_Ln и I_Нп.

8 Определение результатов

8.1 Метод расчета

Массовую долю ниобия W_Nb, %, вычисляют по формуле

                                                                                                                      (1)

где т_Nb - количество ниобия в растворе пробы, мг;

m - масса навески пробы, г.

8.2 Прецизионность

Плановые испытания настоящего метода проводились в тринадцати лабораториях на одиннадцати образцах с различным содержанием ниобия. Каждая лаборатория выполняла по три определения каждого образца (примечания 1 и 2).

Примечание 1 - Два из трех определений выполнялись в условиях повторяемости по