cuantificación de elementos aleantes y microaleantes en

CUANTIFICACIÓ
CUANTIFICACIÓN DE ELEMENTOS ALEANTES Y MICROALEANTES EN
ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIÓ
ALEACIÓN POR ESPECTROMETRÍ
ESPECTROMETRÍA DE
EMISIÓ
EMISIÓN OPTICA POR PLASMA INDUCTIVAMENTE ACOPLADO (ICP–
(ICP–OES)
O. Acosta1; N. Hatamleh1; A. Ilgisonis1; M. Schvartz1; M. Puelles1; M. Borinsky1
1 Instituto Nacional de Tecnología Industrial, Centro de Química, Avda. Gral. Paz 5445, B1650WAB
Buenos Aires, Argentina. [email protected], [email protected]
Introducció
Introducción
La Espectrometría de Emisión Óptica por Plasma Inductivamente Acoplado (ICP-OES) se ha convertido en una alternativa dominante para un rápido análisis
espectroscópico multielemental. Constituye una técnica analítica perfectamente establecida que ofrece mejores límites de detección para el análisis de elementos traza,
amplio rango dinámico lineal, alta precisión, buena exactitud, menor tiempo de análisis y reducción de interferencias químicas. El análisis de aceros es importante no solo
para fabricantes sino también para un gran número de usuarios de acero en industrias metalúrgicas y afines. La información proveniente del análisis de un acero es útil
para diversos propósitos, como la verificación de la calidad de una materia prima, un producto intermedio o un producto final, control de proceso en la fabricación de hierro
o acero, control de calidad o desarrollo de producto. Generalmente para el análisis de rutina se emplea la Espectrometría de Emisión por Chispa o la Espectrometría de
Fluorescencia de Rayos X. Sin embargo, estas técnicas carecen de límites de detección suficientemente bajos a veces requerido y la posibilidad de adecuar los diversos
tamaños de muestras a analizar.
El objetivo de este trabajo fue desarrollar un método de ICP-OES para cuantificar elementos aleantes (EA): manganeso, cromo, níquel, molibdeno, cobre, vanadio; y
elementos microaleantes (EMA): aluminio, titanio, vanadio y niobio, en aceros al carbono y de baja aleación.
Experimental
Elemento
Perkin-Elmer Optima 7300DV Espectrómetro de Emisión Optica.
Vista Axial, Nebulizador: Flujo Cruzado, Cámara de nebulización: Scott, 3 Replicados
CEM MDS-2000 Sistema de Digestión por Microondas.
Materiales de Referencia NIST.
Soluciones Estándar Monoelementales Plasma (HIQU) Chem-Lab para curvas de calibrado.
Tratamiento Tradicional: Elementos Aleantes: Las muestras de disolvieron en mezcla de
ácidos HNO3/HCl con calentamiento; Elementos MicroAleantes: Las muestras se disolvieron en
mezclas de ácidos HNO3/HCl y H2SO4/H3PO4/H2O2 con calentamiento.
Digestión por microondas: Las muestras se disolvieron en Agua Regia, 120 psi, 40 minutos y
luego se filtraron.
Simulación de Matriz: Las curvas de calibrado se realizaron con soluciones estándar
monoelementales con la misma concentración de ácidos y de hierro que las muestras.
Por lo menos, se midieron para cada elemento tres longitudes de ondas.
LD (ppb)
LC (ppb)
RDL (ppm)
Mn
Longitud de Onda (nm)
259.372
II
32.1
107
2 – 30
Cr
267.716
II
4.2
14
2 – 30
Ni
231.604
II
7.2
24
2 – 50
Mo
281.616
II
4.2
14
0.5 – 10
Cu
327.393
I
1.8
6
1 – 10
V
290.880
II
1.5 (EA)
5.1 (EMA)
5 (EA)
16.9 (EMA)
0.5 – 10 (EA)
0.02 – 5 (EMA)
Al
394.401
I
8.1
27.2
0.02 – 5
Nb
313.079
II
5.0
16.7
0.02 – 5
Ti
337.279
II
0.6
2.0
0.02 - 5
Resultados
Material de
Referencia
NIST 106a
% Valor
% Valor
Certificado Medido
Elemento
Tratamiento Tradicional
Elementos Aleantes
Material de
Referencia
Elemento
NIST 107b
NIST 363
% Valor
% Valor
% RSD % R
Certificado Medido
% RSD % R
% Valor
% Valor
Certificado Medido
% RSD % R
% Valor
% Valor
Certificado Medido
% RSD % R
Mn
0.546
0.56
1.7
102
0.510
0.53
1.8
104
1.50
1.52
2.7
101
0.255
0.255
1.96
100
Cr
1.15
1.18
1.9
102
0.560
0.582
1.4
104
1.31
1.26
6.4
96
0.063
0.062
6.3
98
Ni
0.277
0.283
1.6
102
2.12
2.20
2.1
104
0.30
0.30
2.2
100
0.144
0.137
5.5
95
Mo
0.203
0.204
1.0
100
0.750
0.78
2.8
104
0.028
0.027
8.3
97
0.49
0.49
1.5
100
Cu
0.156
0.153
2.1
98
0.235
0.247
1.6
105
0.10
0.10
1.5
100
0.249
0.255
2.0
102
V
0.002
------
----
----
0.008
------
----
----
0.31
0.30
3.7
97
0.105
0.105
1.4
100
NIST 106a
NIST 107b
% Valor
% Valor
% RSD
Certificado Medido
%R
% Valor
% Valor
Certificado Medido
NIST 363
% RSD
%R
% Valor % Valor
Certificado Medido
% RSD
%R
Mn
0546
0.55
2.0
101
0.510
0.51
1.8
100
1.50
1.52
1.9
101
Cr
1.15
1.17
2.0
102
0.560
0.56
1.2
100
1.31
1.33
1.7
101
Ni
0.277
0.281
1.8
101
2.12
2.13
1.7
101
0.30
0.30
1.3
100
Mo
0.203
0.203
2.0
100
0.750
0.74
1.4
98
0.028
0.029
7.5
104
Cu
0.156
0.149
2.1
96
0.235
0.240
1.4
102
0.10
0.10
1.2
100
V
0.002
------
----
----
0.008
------
----
----
0.31
0.30
1.3
97
Material de
Referencia
Elemento
Tratamiento Tradicional
Elementos Microaleantes
NIST 364
NIST 361
% Valor
% Valor
Certificado Medido
NIST 362
% RSD
%R
% Valor
% Valor
Certificado Medido
Digestión por Microondas
Elementos Aleantes
NIST 363
% RSD % R
% Valor
% Valor
Certificado Medido
NIST 364
% RSD % R
% Valor
% Valor
Certificado Medido
% RSD % R
V
0.011
0.013
2.4
116
0.040
0.042
2.4
106
0.31
0.31
3.3
100
0.105
0.107
0.7
102
Al
0.021
0.024
5.6
113
0.095
0.082
1.5
86
0.24
0.24
2.8
100
-------
-------
-----
-----
Nb
0.022
0.023
5.2
106
0.29
0.28
2.3
96
0.049
0.053
8.0
108
0.157
0.160
1.0
102
Ti
0.020
0.021
2.4
103
0.084
0.098
2.2
117
0.050
0.055
5.9
109
0.24
0.24
0.8
100
Conclusiones
ICP-OES ha demostrado ser una técnica exitosa en el análisis de elementos aleantes y microaleantes en aceros al carbono y de baja aleación. La principal ventaja es
su rápido análisis multielemental y simultáneo con un simple pretratamiento de muestra. Además, esta técnica es lo suficientemente sensible para la determinación de
elementos microaleantes.
Se evaluaron los resultados obtenidos para la configuración axial y radial. Se eligió la vista axial debido a que se observan límites de detección más bajos y mayor rango
dinámico lineal.
Se eligió, para cada elemento, la longitud de onda con menores interferencias espectrales y químicas y con mayor sensibilidad.
Para las líneas de emisión seleccionadas se obtuvo muy buena linealidad en el rango analizado. Los coeficientes de correlación para las curvas de calibrado fueron
mayores a 0.9999.
La mayoría de los datos experimentales obtenidos concuerdan con los valores certificados por NIST. La precisión y exactitud obtenida es suficiente para los fines de
clasificación de aceros.
Los resultados de elementos aleantes obtenidos por digestión por microondas fueron tan buenos como los obtenidos por el tratamiento tradicional. Ventajas de la
digestión por microondas: rapidez, seguridad y ambiente limpio y tratamiento simultáneo de muestra.
Referencias
Ward AF; Marcillo LF, “Analysis of Metals by Inductively Coupled Argon Plasma Optical Emission Spectrometry” Anal. Chem., 1979, 51, 13, 2264-2272.
John R. Dean, “Practical Inductively Coupled Plasma Spectroscopy”; England; 2005.
Charles B. Boss and Kenneth J. Fredeen; “Concepts, Instrumentation and techniques in Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry”; Third Edition; USA; 2004.
JIS Standard G1258-2: “Iron and steel – ICP atomic emission spectrometric method”; 2007.