引言

金屬材料在現代建筑和工業設施建設中起著無可替代的作用，隨著新型建筑和工業裝備的出現，高性能材料的需求不斷增加。例如，北京奧運主場館“鳥巢”在國內建筑史上首次使用 110mm 的 Q460,由舞陽鋼廠的科研人員首次研制成功。此外，隨著第三代核電 AP1000 在國內的建設，SA738 與 S32101 這兩種高性能鋼材才開始在國內研制與生產。眾所周知，金屬材料性能的優劣主要是由組織結構決定，同時組織結構會隨其元素種類和相對含量的不同而改變[ 1-3 ].因此，準確分析材料元素種類和含量，對于新性能材料的研發和合理利用至關重要。

金屬材料中比較重要的元素為碳、硅、錳、硫和磷，對材料的性能影響最顯著。對材料的物理性能影響最大的元素是碳，碳含量的高低直接影響鋼鐵組織變化，例如奧氏體鋼和馬氏體鋼，從而影響鋼材的物理性能。硅作為脫氧劑，煉鋼過程必不可少。沸騰鋼的含硅量很低，而在鎮靜鋼中硅的含量一般為 0.12%~0.37%.鋼中硅含量的增加，會相應提高屈服強度和抗拉強度，例如調質結構鋼中硅含量增加 1.0%~1.2%,強度可提升 15%~20%.但是，硅含量的提高會降低鋼材的伸長率和收縮率，沖擊韌性明顯降低。硫作為鋼中的有害元素，在煉鋼過程引入，會降低韌性和延展性，造成鋼材在熱加工過程開裂，因此鋼材含硫量都嚴格控制，例如 Q235B 要求硫≤0.045%[ 4 ].磷作為鋼中有害元素，會降低鋼的塑性，同時影響其焊接性能和冷彎性能，所以一般鋼種要求磷≤0.045%,優質鋼含磷量更低。

要掌握金屬材料的性能，必須準確分析元素含量，并在此基礎上研發性能更加優異的材料。尤其微量元素硼、鋁、氮、釩、鈦和鈮等，例如 SA738Gr.D 要求硼≤0.0007%,Q345B 要 求 鋁 ≤ 0 . 015 %[ 5 ].這就要求我們合理的利用化學分析方法，足夠精確地分析相關元素含量。

1 化 學 分析 方 法

隨著分析技術的發展，分析金屬材料的化學成分先后出現的方法有重量法、滴定法、分光光度法、原子光譜法（原子發射光譜法和吸收光譜法）和電感耦合等離子質譜法等[ 6-8 ].其中，重量法、滴定法和分光光度法主要基于離子之間的化學反應，分析化學學科出現時實驗人員已經熟練掌握，需要簡單的儀器設備即可展開測試，并且易于應用。后面的方法為近幾十年新研發出的，物理學研究深入到原子核階段以后才相繼出現，并且隨著技術的進步，儀器的研發會朝著效率更高、操作更簡單的方向發展，不足之處就是設備比較昂貴，無法在中小企業普及。

1 . 1 重 量 分 析 法

重量分析法是經典的定量分析方法。出現時間較早，使用最成熟。重量法原理是將材料中待測元素通過化學反應轉化為轉化為可稱量的化合物，經過過濾 - 烘干即可準確計算材料中待測元素的含量。當前，重量法主要適用于高含量的 Si、S、P、Ag、Cu、Ni 和 Pb 等 元素 含 量的 測定。重量法便于操作，但需要合理的沉淀和稱量，才能獲得準確的測定結果。

1 . 2 滴 定 分 析 法

滴定分析法，通過兩種溶液的相互滴加，并通過顯色劑判斷反應的終止，按照化學反應計量關系計算待測金屬成分含量。根據化學反應機理的不同，可分為酸堿滴定法 （主要分析鋼鐵中的 C、Si、P、N、B 等元素）、氧化還原滴定法（主要測定 Fe、Mn、Cr、V、Cu、Pn、Co 和 S 等）、沉淀滴定法（不常用）和絡合滴定法（常用來分析 Ni、Mg、Zn、Pb 、Al 等）四類 . 此 分 析 方 法 只 需 要 配 置 相 應 的 玻璃 儀 器（比如：滴定管和容量瓶等），成本低廉，易于操作，現在一些中小企業仍在使用。缺點是只能進行單元素分析，分析周期長，不適用于微量元素分析，且分析數據會隨操作人員的熟練程度進行波動。

1 . 3 分 光光 度 法

分光光度法的理論基礎是 Beer-Lambert 定律，用公式表達為 A=Kc L,在入射光強度一定的情況下，溶液的吸光度正比于溶液的濃度，通過吸光度的變化即可計算待測元素的濃度。分析待測試樣前首先要建立標準溶液的吸收光譜曲線，通過這一曲線進行待測試樣元素濃度的定量分析。常用于分光光度法分析的儀器有紅外、紫外 - 可見和原子吸收分光光度計。此方法優點僅需一臺分光光度計即可完成，同時兼具靈敏度高，操作簡單迅速，應用范圍廣 （周期表中的所有金屬元素都可測定，也可測定Si 、S 、N 、B 、As 、Se 、和 鹵 素 等 非 金 屬 元 素）。 缺 點 為 只 可單元素分析，其分析結果的準確性需要依賴靈敏的顯色劑，且不同元素之間存在一定的干擾，造成最終的分析結果存在未知偏差。

1 . 4 X 射 線 熒 光光 譜 法

X 射 線 熒 光光 譜 法 的理 論 基 礎 :物 質 的基 態 原子 吸 收特定波長的 X 射線后，外層的電子被激發至高能態，處于高能態的電子極不穩定，又躍回至基態或低能態，同時發射出熒光；熒光強度正比于試樣中待測元素濃度，通過測定熒光強度即可確定試樣中元素含量。當原子輻射的熒光波長與照射 X 射線波長不同時，稱為非共振熒光，反之，則為共振熒光，分析中應用較多的是共振熒光。此法的優點是檢出線低，譜線易于分析，分析迅速，若用激光做激發光源時分析效果更佳。缺點該方法要求樣品較高的均一性，同時受基體效應的影響，分析結果存在偏差，通常需要進行一定程度地校正。