冶金儀器分析技術與應用

第1章 冶金分析概述1
1.1 冶金分析的任務與對象1
1.1.1 原輔材料的分析2
1.1.2 煉鐵過程的分析3
1.1.2.1 燒結工序3
1.1.2.2 焦化工序4
1.1.2.3 煉鐵工序4
1.1.3 煉鋼過程的分析5
1.1.3.1 鐵水預處理工序5
1.1.3.2 轉爐煉鋼工序5
1.1.3.3 電爐煉鋼工序6
1.1.3.4 鋼包精煉工序7
1.1.3.5 連鑄和鑄錠工序8
1.1.4 軋制成品的分析8
1.1.5 仲裁分析和科研項目的分析8
1.1.6 其它9
1.2 冶金分析方法的分類與主要手段9
1.2.1 冶金分析方法分類9
1.2.2 冶金分析主要手段11
1.2.2.1 化學分析方法11
1.2.2.2 儀器分析方法12
1.2.3 冶金分析的特點和展望14
第2章 光學分析導論16
2.1 電磁輻射的基本性質16
2.1.1 電磁輻射16
2.1.2 光的波粒二象性17
2.1.3 輻射能的特性17
2.2 光譜分析的分類20
2.2.1 原子光譜20
2.2.2 分子光譜20
2.2.3 吸收光譜法21
2.2.4 發(fā)射光譜法22
2.2.5 散射光譜法22
2.2.6 非光譜法22
2.3 光譜分析法術語及儀器基本組成23
2.3.1 電磁輻射及光學性能常見的術語定義23
2.3.2 光譜分析法及光譜儀器常見的術語定義24
2.3.3 光譜分析儀器基本組成26
第3章 紫外、可見分光光度法27
3.1 概述27
3.1.1 光的互補色27
3.1.2 最大吸收波長27
3.1.3 比色和分光光度法的特點28
3.1.4 分光光度法的儀器發(fā)展概述28
3.2 基本原理30
3.2.1 定性分析原理30
3.2.2 定量分析原理30
3.2.2.1 朗伯-比爾定律30
3.2.2.2 光吸收曲線31
3.2.2.3 吸光度的加和性31
3.2.2.4 朗伯-比爾定律的適用范圍及偏離32
3.3 分析方法32
3.3.1 目視比色法32
3.3.2 光電比色法33
3.3.3 分光光度法33
3.3.4 顯色反應及顯色體系33
3.3.5 分光光度法測定條件的選擇35
3.3.5.1 分光光度計條件的選擇35
3.3.5.2 顯色條件的選擇36
3.3.5.3 參比溶液的選擇37
3.3.5.4 共存離子的干擾及其消除方法38
3.3.6 紫外分光光度法的特點39
3.3.7 分光光度法常用的定量方法39
3.3.7.1 標樣換算法39
3.3.7.2 標準曲線法40
3.3.7.3 最小二乘法（線性回歸法）40
3.3.7.4 標準加入法41
3.3.7.5 差示法41
3.3.7.6 導數(shù)法43
3.3.7.7 雙波長分光光度法43
3.4 分光光度計的組成44
3.4.1 分光光度計的基本組成44
3.4.1.1 光源44
3.4.1.2 單色器44
3.4.1.3 吸收池45
3.4.1.4 檢測器46
3.4.1.5 測量結果顯示46
3.4.2 分光光度計的分類46
3.4.2.1 單光束分光光度計46
3.4.2.2 準雙光束分光光度計47
3.4.2.3 雙光束分光光度計48
3.4.2.4 雙波長分光光度計48
3.5 分光光度計的使用與維護49
3.5.1 分光光度計的使用49
3.5.2 分光光度計的檢驗49
3.5.3 分光光度計的波長校正49
3.5.4 分光光度計的維護與保養(yǎng)50
3.6 應用技術與應用實例51
實例1 正丁醇-三氯甲烷萃取光度法測定爐渣中磷含量51
實例2 鑭-茜素絡合腙光度法測定鐵礦石中氟含量53
實例3 Zn-EDTA鉻天青S光度法測定不銹鋼中鋁含量56
實例4 磷鉬藍光度法測定鈦鐵中磷含量60
實例5 過硫酸銨氧化光度法測定普通碳素鋼中錳含量62
實例6 丁二酮肟光度法測定不銹鋼中高鎳含量64
實例7 氯磺酚S光度法測定不銹鋼中鈮含量66
實例8 目視比色法測定水、廢水中鐵離子濃度68
第4章 原子吸收光譜法70
4.1 概述70
4.1.1 原子吸收光譜法的概念70
4.1.2 原子吸收光譜法的特點70
4.1.3 原子吸收光譜法的應用與發(fā)展概述71
4.2 基本原理71
4.2.1 原子吸收光譜的產(chǎn)生71
4.2.2 溫度對原子光譜的影響72
4.2.3 原子譜線輪廓72
4.2.4 原子吸收光譜定量分析的原理——基本關系式74
4.2.4.1 吸收曲線的面積與吸光原子數(shù)的關系74
4.2.4.2 吸收曲線的峰值與吸光原子數(shù)的關系75
4.2.4.3 峰值吸收測量的實現(xiàn)75
4.2.4.4 原子吸收測量的基本關系式75
4.3 原子吸收光譜儀的組成76
4.3.1 原子吸收光譜儀的基本組成76
4.3.2 原子吸收光譜儀的工作原理及工作流程76
4.3.2.1 火焰原子吸收光譜儀77
4.3.2.2 石墨爐原子吸收光譜儀77
4.3.3 原子吸收光譜儀的基本構件77
4.3.3.1 光源77
4.3.3.2 原子化器79
4.3.3.3 光學系統(tǒng)84
4.3.3.4 檢測系統(tǒng)84
4.4 分析方法86
4.4.1 溶解樣品的基本要求86
4.4.2 原子吸收定量分析方法86
4.4.2.1 標準曲線法86
4.4.2.2 標準加入法87
4.4.2.3 濃度直讀法87
4.4.2.4 間接測定法88
4.4.3 原子吸收光譜分析干擾及消除方法88
4.4.3.1 常見干擾88
4.4.3.2 常見干擾的消除89
4.4.4 原子吸收分析最佳條件的選擇90
4.4.4.1 火焰原子吸收光譜分析最佳條件的選擇90
4.4.4.2 石墨爐原子吸收光譜分析最佳條件的選擇91
4.4.5 原子吸收光譜分析中的幾種技術92
4.4.5.1 背景校正技術92
4.4.5.2 進樣技術94
4.4.5.3 原子化技術95
4.4.5.4 原子捕集技術95
4.4.5.5 增感技術95
4.4.5.6 石墨管改性技術96
4.4.5.7 化學改進技術96
4.4.5.8 聯(lián)用技術96
4.5 儀器的維護和保養(yǎng)97
4.5.1 儀器安裝要求97
4.5.2 一般的維護要求98
4.5.3 維護技術與技巧98
4.5.3.1 儀器基本性能的測試98
4.5.3.2 燈的使用與維護99
4.5.3.3 氣體的使用與維護100
4.5.3.4 原子化器的使用與維護100
4.5.3.5 光電倍增管的使用與維護101
4.5.4 常見故障與排除101
4.6 應用技術與應用實例103
實例1 碳鋼和低合金鋼中五害元素的分析103
實例2 石墨爐原子吸收光譜法測定鋼鐵中的錫103
實例3 氫化物發(fā)生-原子吸收光譜法測定生鐵、碳鋼和低合金鋼中的砷、銻、鉍106
實例4 平臺石墨爐原子吸收光譜法測定電解錳粉中痕量硒109
實例5 鑄鐵、碳鋼、低合金鋼、高溫合金中痕量鈣的分析111
實例6 火焰原子吸收法測合金鋼及不銹鋼中高含量鎳113
實例7火焰原子吸收光譜法測定煉鐵爐料用含鐵塵泥中鈉、鉀、鉛、鋅的含量115
實例8 工業(yè)廢水中痕量鎘的測定119
第5章 原子熒光光譜法122
5.1 概述122
5.1.1 原子熒光光譜法的概念122
5.1.2 原子熒光光譜法的特點122
5.1.3 原子熒光光譜法的應用與發(fā)展概述123
5.2 基本原理123
5.2.1 原子熒光光譜的產(chǎn)生123
5.2.2 原子熒光的類型123
5.2.2.1 共振原子熒光123
5.2.2.2 非共振原子熒光123
5.2.2.3 敏化原子熒光124
5.2.3 原子熒光光譜定量分析的原理124
5.2.3.1 熒光強度與被測物濃度之間的關系124
5.2.3.2 熒光猝滅與熒光量子產(chǎn)率125
5.2.4 氫化物發(fā)生方法簡介126
5.2.5 冷蒸氣法126
5.3 原子熒光光譜儀的組成127
5.3.1 原子熒光光譜儀的組成原理及工作流程127
5.3.2 原子熒光光譜儀的基本構件127
5.4 分析方法128
5.4.1 溶解樣品的基本要求128
5.4.2 原子熒光定量分析方法129
5.4.3 原子熒光光譜分析中的干擾及校正129
5.4.4 原子熒光分析最佳條件的選擇129
5.4.5 儀器聯(lián)用技術130
5.5 儀器的維護和保養(yǎng)130
5.5.1 儀器的安裝要求130
5.5.2 一般的維護要求130
5.5.3 維護技術與技巧131
5.5.4 故障的檢查與排除131
5.6 應用技術與應用實例132
實例1 氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測定鋼鐵中的砷、鉍、銻132
實例2 氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測定鋼鐵及合金中硒含量135
實例3 冷原子熒光法測定工業(yè)廢水中的汞138
第6章 火花源原子發(fā)射光譜法141
6.1 概述141
6.1.1 原子發(fā)射光譜的概念141
6.1.2 火花源原子發(fā)射光譜分析的特點142
6.1.3 在冶金分析中的應用概述142
6.2 原子發(fā)射光譜分析的基本原理143
6.2.1 原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生143
6.2.2 譜線強度表示143
6.2.3 譜線的自吸收和自蝕144
6.3 火花源原子發(fā)射光譜儀的組成144
6.3.1 光源系統(tǒng)145
6.3.1.1 直流電弧光源145
6.3.1.2 交流電弧光源145
6.3.1.3 電火花光源145
6.3.2 分光系統(tǒng)147
6.3.2.1 聚光鏡148
6.3.2.2 入射狹縫和出射狹縫148
6.3.2.3 光柵148
6.3.3 檢測系統(tǒng)150
6.3.3.1 濾光片150
6.3.3.2 測光裝置150
6.3.3.3 信號處理150
6.4 分析方法151
6.4.1 定性分析151
6.4.2 半定量分析151
6.4.3 定量分析152
6.4.3.1 譜線強度和試樣濃度的關系152
6.4.3.2 內標法定量分析152
6.4.4 分析程序的建立153
6.4.4.1 樣品制備153
6.4.4.2 干擾校正154
6.4.4.3 回歸計算155
6.4.5 曲線標準化156
6.4.6 類型標準化157
6.5 儀器的維護和保養(yǎng)157
6.5.1 安裝157
6.5.2 日常維護158
6.5.3 設備檢修維護159
6.6 應用技術與應用實例160
實例1 火花源原子發(fā)射光譜法測定中低合金鋼中的各元素含量160
實例2 火花源原子發(fā)射光譜法測定低硫鐵水試樣的硫含量163
實例3 火花源原子發(fā)射光譜法測定不銹鋼中多元素含量164
實例4 火花源原子發(fā)射光譜法測定通用鎳中的雜質元素含量167
第7章 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法169
7.1 概述169
7.1.1 ICP-OES的概念169
7.1.2 ICP-OES的特點169
7.1.3 ICP-OES應用簡介與發(fā)展概述170
7.2 基本原理170
7.2.1 電感耦合等離子體的形成170
7.2.2 電感耦合等離子體光源的性質171
7.2.2.1 ICP光源的特性171
7.2.2.2 ICP光源的分區(qū)171
7.2.3 ICP發(fā)射光譜的分析過程172
7.2.4 譜線強度與濃度的關系172
7.3 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀的組成173
7.3.1 高頻發(fā)生器173
7.3.1.1 自激式RF發(fā)生器173
7.3.1.2 它激式RF發(fā)生器174
7.3.2 ICP炬管174
7.3.2.1 炬管的組成174
7.3.2.2 ICP炬管的氣流174
7.3.3 進樣系統(tǒng)175
7.3.3.1 霧化器175
7.3.3.2 霧化室176
7.3.4 分光系統(tǒng)177
7.3.4.1 閃耀光柵177
7.3.4.2 中階梯光柵178
7.3.5 檢測系統(tǒng)179
7.3.6 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)179
7.4 分析方法179
7.4.1 定性和半定量分析179
7.4.2 定量分析180
7.4.2.1 標準曲線法180
7.4.2.2 標準加入法181
7.4.2.3 內標法181
7.4.3 靈敏度、檢出限及背景等效濃度182
7.4.4 ICP發(fā)射光譜分析中的干擾及校正183
7.4.4.1 物理干擾183
7.4.4.2 光譜干擾183
7.4.4.3 化學干擾185
7.4.4.4 電離干擾與基體效應干擾185
7.4.5 建立ICP-OES分析方法的一般程序186
7.5 儀器的維護和保養(yǎng)186
7.5.1 儀器使用環(huán)境187
7.5.2 供電線路與儀器接地線187
7.5.3 氣體控制系統(tǒng)188
7.5.4 進樣系統(tǒng)及炬管188
7.5.5 其它輔助設備189
7.6 應用技術與應用實例189
實例1 ICP-OES法測定碳鋼和低合金鋼中多元素192
實例2 ICP-OES法測定鋼中痕量鈣194
實例3 ICP-OES法測定70鈦鐵中雜質元素196
實例4 ICP-OES法測定鎳鐵中雜質元素198
實例5 ICP-OES法測定鉬鐵中硅、磷、銅的含量200
實例6 ICP-OES法測定硅鐵中雜質元素202
實例7 ICP-OES法測定金屬鎳中雜質元素203
實例8 ICP-OES法測定氧化鐵粉中雜質組分205
實例9 ICP-OES法測定鐵礦石中SiO2，CaO，MgO，Al2O3，MnO，TiO2209
實例10 ICP-OES法測定爐渣中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、TFe、MnO、P2O5、NiO211
第8章 X射線熒光光譜分析法213
8.1 概述213
8.1.1 X射線熒光光譜法的概念213
8.1.2 X射線熒光光譜法的特點213
8.1.3 X射線熒光光譜法在冶金分析中的應用和發(fā)展215
8.2 基本原理215
8.2.1 X射線215
8.2.1.1 X射線的產(chǎn)生216
8.2.1.2 連續(xù)光譜216
8.2.1.3 特征譜線217
8.2.2 X射線熒光218
8.2.3 特征譜線與特征X射線熒光的關系218
8.2.4 布拉格定律219
8.2.5 俄歇效應和熒光產(chǎn)額220
8.3 波長色散X射線熒光光譜儀的組成221
8.3.1 X射線管221
8.3.2 X射線高壓發(fā)生器222
8.3.3 原級譜線濾光片223
8.3.4 準直器223
8.3.5 衰減器224
8.3.6 分光晶體224
8.3.7 探測器225
8.3.7.1 探測器的種類225
8.3.7.2 探測器的原理和構造225
8.3.7.3 脈沖高度分析器227
8.4 能量色散X射線熒光光譜儀的組成228
8.4.1 能量色散X射線熒光光譜儀結構229
8.4.1.1 激發(fā)源229
8.4.1.2 濾光片230
8.4.1.3 探測器230
8.4.2 多道脈沖幅度分析器231
8.4.2.1 譜峰位和譜強度的提取231
8.4.2.2 背景的扣除232
8.4.3 與波長色散X射線熒光光譜儀的比較232
8.4.4 能量色散X射線熒光光譜法的應用233
8.5 儀器的維護與保養(yǎng)233
8.5.1 X射線管的使用與維護233
8.5.2 分光晶體的維護與修復234
8.5.3 流氣式正比計數(shù)器芯線的污染與清洗234
8.5.4 常見故障234
8.5.5 分析結果異常檢查步驟235
8.5.6 坩堝的使用和維護236
8.6 應用技術與應用實例236
8.6.1 定性和半定量分析236
8.6.2 半定量分析的特點和流程237
8.6.2.1 半定量分析的一般狀況237
8.6.2.2 半定量流程238
8.6.2.3 靈敏度庫238
8.6.3 定量分析239
8.6.3.1 實驗校正法239
8.6.3.2 數(shù)學校正241
8.6.3.3 標準化243
8.6.3.4 分析管理244
8.6.4 儀器分析方法的建立245
8.6.4.1 儀器參數(shù)的選擇245
8.6.4.2 光學參數(shù)的選擇245
8.6.4.3 探測器與測量參數(shù)的選擇246
8.6.5 樣品制備246
8.6.5.1 塊狀樣品的制備247
8.6.5.2 粉末樣品的制備247
8.6.6 應用實例250
實例1 不銹鋼及合金鋼中多元素測定251
實例2 玻璃熔片法測定爐渣中多組分254
實例3 玻璃熔片法測定耐火材料中多組分256
實例4 玻璃熔片法測定鐵合金組分258
實例5 粉末壓片法測定氧化鐠中稀土成分261
實例6 高頻感應離心澆鑄制樣法測定高碳鉻鐵中硅、磷、鉻含量264
第9章 冶金材料中碳、硫、氧、氮、氫的分析268
9.1 概述268
9.1.1 碳、硫對鋼的物化性能的影響268
9.1.2 氫、氮、氧對鋼的物化性能的影響269
9.1.3 碳、硫、氧、氮、氫的分析方法270
9.1.4 儀器測量流程270
9.2 紅外碳硫分析儀271
9.2.1 紅外碳硫分析的基本原理271
9.2.2 紅外碳硫分析儀的工作流程272
9.2.3 紅外碳硫分析儀器的結構273
9.2.3.1 各型號紅外碳硫分析儀的不同點273
9.2.3.2 紅外碳硫分析儀器的主要組成273
9.3 氧氮氫分析儀278
9.3.1 氧氮聯(lián)測分析儀278
9.3.1.1 氧氮聯(lián)測分析儀的工作原理278
9.3.1.2 氧氮聯(lián)測分析儀的工作流程278
9.3.1.3 氧氮聯(lián)測分析儀的基本結構279
9.3.2 熱導法氫分析儀282
9.3.2.1 熱導法氫分析儀的簡單工作原理282
9.3.2.2 熱導法氫分析儀的工作流程283
9.3.2.3 氫分析儀的基本結構284
9.3.3 氧氮氫聯(lián)測分析儀285
9.3.3.1 氧、氮、氫同時聯(lián)測儀285
9.3.3.2 分體式氧、氮、氫分析儀287
9.4 儀器的維護與性能檢定288
9.4.1 儀器的維護與安全使用288
9.4.2 儀器的檢定289
9.5 應用技術與應用實例290
9.5.1 比較水平與最短分析時間的設定290
9.5.2 儀器中大氣壓力數(shù)值的輸入293
9.5.3 校準曲線的建立及漂移校正293
9.5.3.1 空白校正293
9.5.3.2 校準曲線的建立293
9.5.3.3 標準氣體校正295
9.5.3.4 曲線的漂移校正295
9.5.4 助熔劑的應用296
9.5.4.1 測定碳硫用助熔劑的選擇及應用296
9.5.4.2 測定氧、氮、氫用助熔劑的選擇及使用297
9.5.5 分析樣品制備297
9.5.5.1 碳、硫分析樣品的要求與制備297
9.5.5.2 氧、氮、氫分析樣品的要求與制備298
9.5.6 影響碳硫分析準確度的主要因素299
9.5.7 影響氧氫氮分析準確度的主要因素301
9.5.8 應用實例302
實例1
鋼中碳、硫的測定303
實例2低碳高硅型硅鋼中碳硫的測定304
實例3金屬中超低碳硫的測定305
實例4生鐵、生鑄鐵中碳、硫的測定308
實例5微碳硅鐵合金中碳硫的測定309
實例6鋼中氧、氮含量的測定311
實例7不銹鋼中氫含量的測定314
第10章 電化學分析方法317
10.1 概述317
10.1.1 電化學317
10.1.2 電化學分析法及其分類317
10.1.3 電化學分析方法的特點318
10.2 電化學分析基本概念318
10.2.1 電解質318
10.2.2 電化學電池319
10.2.2.1 原電池320
10.2.2.2 電解池320
10.2.2.3 電池的圖解表達式321
10.2.3 電池電動勢與相間電位321
10.2.4 電極電位與能斯特方程式321
10.2.5 電解與極化324
10.2.6 電極的分類326
10.2.6.1 指示電極和工作電極326
10.2.6.2 參比電極326
10.2.6.3 輔助電極或對電極327
10.2.7 指示電極328
10.2.7.1 金屬基指示電極328
10.2.7.2 離子選擇性電極328
10.3 電化學分析方法的基本原理333
10.3.1 電導分析法333
10.3.1.1 電導和電導率334
10.3.1.2 電導率的測定335
10.3.1.3 電導法和電導滴定法336
10.3.2 電位分析法336
10.3.2.1 直接電位法336
10.3.2.2 電位滴定法340
10.3.3 電解分析法343
10.3.3.1 電重量分析法343
10.3.3.2 電解分離法345
10.3.4 電解分離提取鋼中非金屬夾雜物、析出相345
10.3.4.1 鋼中非金屬夾雜物、析出相的概念345
10.3.4.2 研究鋼中析出相和非金屬夾雜物的方法和手段346
10.3.4.3 提取鋼中析出相和非金屬夾雜物的方法347
10.3.4.4 析出相的分離350
10.3.5 庫侖分析法353
10.3.5.1 法拉第電解定律353
10.3.5.2 電流效率354
10.3.5.3 控制電位庫侖分析法354
10.3.5.4 恒電流庫侖分析355
10.3.5.5 微庫侖分析法357
10.3.6 伏安法和極譜分析法358
10.4 應用技術與應用實例358
實例1 水的電導率的測定358
實例2 直接電位法測定水的pH值360
實例3 氟離子選擇性電極測定水中氟離子含量364
實例4 氧化還原電位滴定法測定釩鐵合金中的釩含量367
實例5 中和電位滴定法測定水的酸度370
實例6 沉淀電位滴定法測定溶液中Cl－和I－的含量371
實例7 配位電位滴定法測定石灰石、黏土質等材料中鋁的含量374
實例8 電解重量法測定燒結鎳中的鎳含量376
實例9 電解分離-ICP-OES法測定鋼中的氧化物夾雜分量和總量380
實例10 庫侖滴定法測定煤、焦炭中的全硫含量386
第11章 冶金標準物質（標準樣品)及應用391
11.1 概述391
11.1.1 名稱及定義391
11.1.2 標準物質（標準樣品）的分類與分級392
11.1.2.1 分類392
11.1.2.2 標準物質（樣品）分級及標準物質（樣品）編號394
11.2 冶金標準物質（標準樣品）的應用397
11.2.1 標準物質（標準樣品）的選擇397
11.2.2 標準物質（標準樣品）的應用398
11.2.2.1 校準儀器398
11.2.2.2 評價分析方法401
11.2.2.3 繪制工作曲線402
11.2.2.4 監(jiān)控403
11.2.2.5 考核工作人員技術操作水平和實驗室工作質量、工作水平403
11.2.2.6 技術仲裁的依據(jù)404
11.2.2.7 不同分析方法中標準物質（標準樣品）的具體應用404
11.3 標準物質（標準樣品）的管理與銷售410
11.3.1 標準物質（樣品）有關技術文件410
11.3.2 標準物質（標準樣品）的研制、生產(chǎn)管理程序411
11.4 標準物質（標準樣品）的研制414
11.4.1 標準物質（標準樣品）化學成分設計或選材414
11.4.2 標準物質（標準樣品)的制取、加工415
參考文獻420