第1章 冶金分析概述 1
1.1 冶金分析的任务与对象 1
1.1.1 原辅材料的分析 2
1.1.2 炼铁过程的分析 3
1.1.2.1 烧结工序 3
1.1.2.2 焦化工序 4
1.1.2.3 炼铁工序 4
1.1.3 炼钢过程的分析 5
1.1.3.1 铁水预处理工序 5
1.1.3.2 转炉炼钢工序 5
1.1.3.3 电炉炼钢工序 6
1.1.3.4 钢包精炼工序 7
1.1.3.5 连铸和铸锭工序 8
1.1.4 轧制成品的分析 8
1.1.5 仲裁分析和科研项目的分析 8
1.1.6 其它 9
1.2 冶金分析方法的分类与主要手段 9
1.2.1 冶金分析方法分类 9
1.2.2 冶金分析主要手段 11
1.2.2.1 化学分析方法 11
1.2.2.2 仪器分析方法 12
1.2.3 冶金分析的特点和展望 14
第2章 光学分析导论 16
2.1 电磁辐射的基本性质 16
2.1.1 电磁辐射 16
2.1.2 光的波粒二象性 17
2.1.3 辐射能的特性 17
2.2 光谱分析的分类 20
2.2.1 原子光谱 20
2.2.2 分子光谱 20
2.2.3 吸收光谱法 21
2.2.4 发射光谱法 22
2.2.5 散射光谱法 22
2.2.6 非光谱法 22
2.3 光谱分析法术语及仪器基本组成 23
2.3.1 电磁辐射及光学性能常见的术语定义 23
2.3.2 光谱分析法及光谱仪器常见的术语定义 24
2.3.3 光谱分析仪器基本组成 26
第3章 紫外、可见分光光度法 27
3.1 概述 27
3.1.1 光的互补色 27
3.1.2 最大吸收波长 27
3.1.3 比色和分光光度法的特点 28
3.1.4 分光光度法的仪器发展概述 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-比尔定律 30
3.2.2.2 光吸收曲线 31
3.2.2.3 吸光度的加和性 31
3.2.2.4 朗伯-比尔定律的适用范围及偏离 32
3.3 分析方法 32
3.3.1 目视比色法 32
3.3.2 光电比色法 33
3.3.3 分光光度法 33
3.3.4 显色反应及显色体系 33
3.3.5 分光光度法测定条件的选择 35
3.3.5.1 分光光度计条件的选择 35
3.3.5.2 显色条件的选择 36
3.3.5.3 参比溶液的选择 37
3.3.5.4 共存离子的干扰及其消除方法 38
3.3.6 紫外分光光度法的特点 39
3.3.7 分光光度法常用的定量方法 39
3.3.7.1 标样换算法 39
3.3.7.2 标准曲线法 40
3.3.7.3 最小二乘法（线性回归法） 40
3.3.7.4 标准加入法 41
3.3.7.5 差示法 41
3.3.7.6 导数法 43
3.3.7.7 波长分光光度法 43
3.4 分光光度计的组成 44
3.4.1 分光光度计的基本组成 44
3.4.1.1 光源 44
3.4.1.2 单色器 44
3.4.1.3 吸收池 45
3.4.1.4 检测器 46
3.4.1.5 测量结果显示 46
3.4.2 分光光度计的分类 46
3.4.2.1 单光束分光光度计 46
3.4.2.2 准双光束分光光度计 47
3.4.2.3 双光束分光光度计 48
3.4.2.4 双波长分光光度计 48
3.5 分光光度计的使用与维护 49
3.5.1 分光光度计的使用 49
3.5.2 分光光度计的检验 49
3.5.3 分光光度计的波长校正 49
3.5.4 分光光度计的维护与保养 50
3.6 应用技术与应用实例 51
实例1 正丁醇-三氯甲烷萃取光度法测定炉渣中磷含量 51
实例2 镧-茜素络合腙光度法测定铁矿石中氟含量 53
实例3 Zn-EDTA铬天青S光度法测定不锈钢中铝含量 56
实例4 磷钼蓝光度法测定钛铁中磷含量 60
实例5 过硫酸铵氧化光度法测定普通碳素钢中锰含量 62
实例6 丁二酮肟光度法测定不锈钢中高镍含量 64
实例7 氯磺酚S光度法测定不锈钢中铌含量 66
实例8 目视比色法测定水、废水中铁离子浓度 68
第4章 原子吸收光谱法 70
4.1 概述 70
4.1.1 原子吸收光谱法的概念 70
4.1.2 原子吸收光谱法的特点 70
4.1.3 原子吸收光谱法的应用与发展概述 71
4.2 基本原理 71
4.2.1 原子吸收光谱的产生 71
4.2.2 温度对原子光谱的影响 72
4.2.3 原子谱线轮廓 72
4.2.4 原子吸收光谱定量分析的原理——基本关系式 74
4.2.4.1 吸收曲线的面积与吸光原子数的关系 74
4.2.4.2 吸收曲线的峰值与吸光原子数的关系 75
4.2.4.3 峰值吸收测量的实现 75
4.2.4.4 原子吸收测量的基本关系式 75
4.3 原子吸收光谱仪的组成 76
4.3.1 原子吸收光谱仪的基本组成 76
4.3.2 原子吸收光谱仪的工作原理及工作流程 76
4.3.2.1 火焰原子吸收光谱仪 77
4.3.2.2 石墨炉原子吸收光谱仪 77
4.3.3 原子吸收光谱仪的基本构件 77
4.3.3.1 光源 77
4.3.3.2 原子化器 79
4.3.3.3 光学系统 84
4.3.3.4 检测系统 84
4.4 分析方法 86
4.4.1 溶解样品的基本要求 86
4.4.2 原子吸收定量分析方法 86
4.4.2.1 标准曲线法 86
4.4.2.2 标准加入法 87
4.4.2.3 浓度直读法 87
4.4.2.4 间接测定法 88
4.4.3 原子吸收光谱分析干扰及消除方法 88
4.4.3.1 常见干扰 88
4.4.3.2 常见干扰的消除 89
4.4.4 原子吸收分析最佳条件的选择 90
4.4.4.1 火焰原子吸收光谱分析最佳条件的选择 90
4.4.4.2 石墨炉原子吸收光谱分析最佳条件的选择 91
4.4.5 原子吸收光谱分析中的几种技术 92
4.4.5.1 背景校正技术 92
4.4.5.2 进样技术 94
4.4.5.3 原子化技术 95
4.4.5.4 原子捕集技术 95
4.4.5.5 增感技术 95
4.4.5.6 石墨管改性技术 96
4.4.5.7 化学改进技术 96
4.4.5.8 联用技术 96
4.5 仪器的维护和保养 97
4.5.1 仪器安装要求 97
4.5.2 一般的维护要求 98
4.5.3 维护技术与技巧 98
4.5.3.1 仪器基本性能的测试 98
4.5.3.2 灯的使用与维护 99
4.5.3.3 气体的使用与维护 100
4.5.3.4 原子化器的使用与维护 100
4.5.3.5 光电倍增管的使用与维护 101
4.5.4 常见故障与排除 101
4.6 应用技术与应用实例 103
实例1 碳钢和低合金钢中五害元素的分析 103
实例2 石墨炉原子吸收光谱法测定钢铁中的锡 103
实例3 氢化物发生-原子吸收光谱法测定生铁、碳钢和低合金钢中的砷、锑、铋 106
实例4 平台石墨炉原子吸收光谱法测定电解锰粉中痕量硒 109
实例5 铸铁、碳钢、低合金钢、高温合金中痕量钙的分析 111
实例6 火焰原子吸收法测合金钢及不锈钢中高含量镍 113
实例7 火焰原子吸收光谱法测定炼铁炉料用含铁尘泥中钠、钾、铅、锌的含量 115
实例8 工业废水中痕量镉的测定 119
第5章 原子荧光光谱法 122
5.1 概述 122
5.1.1 原子荧光光谱法的概念 122
5.1.2 原子荧光光谱法的特点 122
5.1.3 原子荧光光谱法的应用与发展概述 123
5.2 基本原理 123
5.2.1 原子荧光光谱的产生 123
5.2.2 原子荧光的类型 123
5.2.2.1 共振原子荧光 123
5.2.2.2 非共振原子荧光 123
5.2.2.3 敏化原子荧光 124
5.2.3 原子荧光光谱定量分析的原理 124
5.2.3.1 荧光强度与被测物浓度之间的关系 124
5.2.3.2 荧光猝灭与荧光量子产率 125
5.2.4 氢化物发生方法简介 126
5.2.5 冷蒸气法 126
5.3 原子荧光光谱仪的组成 127
5.3.1 原子荧光光谱仪的组成原理及工作流程 127
5.3.2 原子荧光光谱仪的基本构件 127
5.4 分析方法 128
5.4.1 溶解样品的基本要求 128
5.4.2 原子荧光定量分析方法 129
5.4.3 原子荧光光谱分析中的干扰及校正 129
5.4.4 原子荧光分析最佳条件的选择 129
5.4.5 仪器联用技术 130
5.5 仪器的维护和保养 130
5.5.1 仪器的安装要求 130
5.5.2 一般的维护要求 130
5.5.3 维护技术与技巧 131
5.5.4 故障的检查与排除 131
5.6 应用技术与应用实例 132
实例1 氢化物发生-原子荧光光谱法测定钢铁中的砷、铋、锑 132
实例2 氢化物发生-原子荧光光谱法测定钢铁及合金中硒含量 135
实例3 冷原子荧光法测定工业废水中的汞 138
第6章 火花源原子发射光谱法 141
6.1 概述 141
6.1.1 原子发射光谱的概念 141
6.1.2 火花源原子发射光谱分析的特点 142
6.1.3 在冶金分析中的应用概述 142
6.2 原子发射光谱分析的基本原理 143
6.2.1 原子发射光谱的产生 143
6.2.2 谱线强度表示 143
6.2.3 谱线的自吸收和自蚀 144
6.3 火花源原子发射光谱仪的组成 144
6.3.1 光源系统 145
6.3.1.1 直流电弧光源 145
6.3.1.2 交流电弧光源 145
6.3.1.3 电火花光源 145
6.3.2 分光系统 147
6.3.2.1 聚光镜 148
6.3.2.2 入射狭缝和出射狭缝 148
6.3.2.3 光栅 148
6.3.3 检测系统 150
6.3.3.1 滤光片 150
6.3.3.2 测光装置 150
6.3.3.3 信号处理 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 谱线强度和试样浓度的关系 152
6.4.3.2 内为标法定量分析 152
6.4.4 分析程序的建立 153
6.4.4.1 样品制备 153
6.4.4.2 干扰校正 154
6.4.4.3 回归计算 155
6.4.5 曲线标准化 156
6.4.6 类型标准化 157
6.5 仪器的维护和保养 157
6.5.1 安装 157
6.5.2 日常维护 158
6.5.3 设备检修维护 159
6.6 应用技术与应用实例 160
实例1 火花源原子发射光谱法测定中低合金钢中的各元素含量 160
实例2 火花源原子发射光谱法测定低硫铁水试样的硫含量 163
实例3 火花源原子发射光谱法测定不锈钢中多元素含量 164
实例4 火花源原子发射光谱法测定通用镍中的杂质元素含量 167
第7章 电感耦合等离子体发射光谱法 169
7.1 概述 169
7.1.1 ICP-OES的概念 169
7.1.2 ICP-OES的特点 169
7.1.3 ICP-OES应用简介与发展概述 170
7.2 基本原理 170
7.2.1 电感耦合等离子体的形成 170
7.2.2 电感耦合等离子体光源的性质 171
7.2.2.1 ICP光源的特性 171
7.2.2.2 ICP光源的分区 171
7.2.3 ICP发射光谱的分析过程 172
7.2.4 谱线强度与浓度的关系 172
7.3 电感耦合等离子体原子发射光谱仪的组成 173
7.3.1 高频发生器 173
7.3.1.1 自激式RF发生器 173
7.3.1.2 它激式RF发生器 174
7.3.2 ICP炬管 174
7.3.2.1 炬管的组成 174
7.3.2.2 ICP炬管的气流 174
7.3.3 进样系统 175
7.3.3.1 雾化器 175
7.3.3.2 雾化室 176
7.3.4 分光系统 177
7.3.4.1 闪耀光栅 177
7.3.4.2 中阶梯光栅 178
7.3.5 检测系统 179
7.3.6 数据处理系统 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 标准曲线法 180
7.4.2.2 标准加入法 181
7.4.2.3 内标法 181
7.4.3 灵敏度、检出限及背景等效浓度 182
7.4.4 ICP发射光谱分析中的干扰及校正 183
7.4.4.1 物理干扰 183
7.4.4.2 光谱干扰 183
7.4.4.3 化学干扰 185
7.4.4.4 电离干扰与基体效应干扰 185
7.4.5 建立ICP-OES分析方法的一般程序 186
7.5 仪器的维护和保养 186
7.5.1 仪器使用环境 187
7.5.2 供电线路与仪器接地线 187
7.5.3 气体控制系统 188
7.5.4 进样系统及炬管 188
7.5.5 其它辅助设备 189
7.6 应用技术与应用实例 189
实例1 ICP-OES法测定碳钢和低合金钢中多元素 192
实例2 ICP-OES法测定钢中痕量钙 194
实例3 ICP-OES法测定70钛铁中杂质元素 196
实例4 ICP-OES法测定镍铁中杂质元素 198
实例5 ICP-OES法测定钼铁中硅、磷、铜的含量 200
实例6 ICP-OES法测定硅铁中杂质元素 202
实例7 ICP-OES法测定金属镍中杂质元素 203
实例8 ICP-OES法测定氧化铁粉中杂质组分 205
实例9 ICP-OES法测定铁矿石中SiO2,CaO,MgO,Al2O3,MnO,TiO2 209
实例10 ICP-OES法测定炉渣中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、TFe、MnO、P2O5、NiO 211
第8章 X射线荧光光谱分析法 213
8.1 概述 213
8.1.1 X射线荧光光谱法的概念 213
8.1.2 X射线荧光光谱法的特点 213
8.1.3 X射线荧光光谱法在冶金分析中的应用和发展 215
8.2 基本原理 215
8.2.1 X射线 215
8.2.1.1 X射线的产生 216
8.2.1.2 连续光谱 216
8.2.1.3 特征谱线 217
8.2.2 X射线荧光 218
8.2.3 特征谱线与特征X射线荧光的关系 218
8.2.4 布拉格定律 219
8.2.5 俄歇效应和荧光产额 220
8.3 波长色散X射线荧光光谱仪的组成 221
8.3.1 X射线管 221
8.3.2 X射线高压发生器 222
8.3.3 原级谱线滤光片 223
8.3.4 准直器 223
8.3.5 衰减器 224
8.3.6 分光晶体 224
8.3.7 探测器 225
8.3.7.1 探测器的种类 225
8.3.7.2 探测器的原理和构造 225
8.3.7.3 脉冲高度分析器 227
8.4 能量色散X射线荧光光谱仪的组成 228
8.4.1 能量色散X射线荧光光谱仪结构 229
8.4.1.1 激发源 229
8.4.1.2 滤光片 230
8.4.1.3 探测器 230
8.4.2 多道脉冲幅度分析器 231
8.4.2.1 谱峰位和谱强度的提取 231
8.4.2.2 背景的扣除 232
8.4.3 与波长色散X射线荧光光谱仪的比较 232
8.4.4 能量色散X射线荧光光谱法的应用 233
8.5 仪器的维护与保养 233
8.5.1 X射线管的使用与维护 233
8.5.2 分光晶体的维护与修复 234
8.5.3 流气式正比计数器芯线的污染与清洗 234
8.5.4 常见故障 234
8.5.5 分析结果异常检查步骤 235
8.5.6 坩埚的使用和维护 236
8.6 应用技术与应用实例 236
8.6.1 定性和半定量分析 236
8.6.2 半定量分析的特点和流程 237
8.6.2.1 半定量分析的一般状况 237
8.6.2.2 半定量流程 238
8.6.2.3 灵敏度库 238
8.6.3 定量分析 239
8.6.3.1 实验校正法 239
8.6.3.2 数学校正 241
8.6.3.3 标准化 243
8.6.3.4 分析管理 244
8.6.4 仪器分析方法的建立 245
8.6.4.1 仪器参数的选择 245
8.6.4.2 光学参数的选择 245
8.6.4.3 探测器与测量参数的选择 246
8.6.5 样品制备 246
8.6.5.1 块状样品的制备 247
8.6.5.2 粉末样品的制备 247
8.6.6 应用实例 250
实例1 不锈钢及合金钢中多元素测定 251
实例2 玻璃熔片法测定炉渣中多组分 254
实例3 玻璃熔片法测定耐火材料中多组分 256
实例4 玻璃熔片法测定铁合金组分 258
实例5 粉末压片法测定氧化镨中稀土成分 261
实例6 高频感应离心浇铸制样法测定高碳铬铁中硅、磷、铬含量 264
第9章 冶金材料中碳、硫、氧、氮、氢的分析 268
9.1 概述 268
9.1.1 碳、硫对钢的物化性能的影响 268
9.1.2 氢、氮、氧对钢的物化性能的影响 269
9.1.3 碳、硫、氧、氮、氢的分析方法 270
9.1.4 仪器测量流程 270
9.2 红外碳硫分析仪 271
9.2.1 红外碳硫分析的基本原理 271
9.2.2 红外碳硫分析仪的工作流程 272
9.2.3 红外碳硫分析仪器的结构 273
9.2.3.1 各型号红外碳硫分析仪的不同点 273
9.2.3.2 红外碳硫分析仪器的主要组成 273
9.3 氧氮氢分析仪 278
9.3.1 氧氮联测分析仪 278
9.3.1.1 氧氮联测分析仪的工作原理 278
9.3.1.2 氧氮联测分析仪的工作流程 278
9.3.1.3 氧氮联测分析仪的基本结构 279
9.3.2 热导法氢分析仪 282
9.3.2.1 热导法氢分析仪的简单工作原理 282
9.3.2.2 热导法氢分析仪的工作流程 283
9.3.2.3 氢分析仪的基本结构 284
9.3.3 氧氮氢联测分析仪 285
9.3.3.1 氧、氮、氢同时联测仪 285
9.3.3.2 分体式氧、氮、氢分析仪 287
9.4 仪器的维护与性能检定 288
9.4.1 仪器的维护与安全使用 288
9.4.2 仪器的检定 289
9.5 应用技术与应用实例 290
9.5.1 比较水平与最短分析时间的设定 290
9.5.2 仪器中大气压力数值的输入 293
9.5.3 校准曲线的建立及漂移校正 293
9.5.3.1 空白校正 293
9.5.3.2 校准曲线的建立 293
9.5.3.3 标准气体校正 295
9.5.3.4 曲线的漂移校正 295
9.5.4 助熔剂的应用 296
9.5.4.1 测定碳硫用助熔剂的选择及应用 296
9.5.4.2 测定氧、氮、氢用助熔剂的选择及使用 297
9.5.5 分析样品制备 297
9.5.5.1 碳、硫分析样品的要求与制备 297
9.5.5.2 氧、氮、氢分析样品的要求与制备 298
9.5.6 影响碳硫分析准确度的主要因素 299
9.5.7 影响氧氢氮分析准确度的主要因素 301
9.5.8 应用实例 302
实例1 钢中碳、硫的测定 303
实例2 低碳高硅型硅钢中碳硫的测定 304
实例3 金属中超低碳硫的测定 305
实例4 生铁、生铸铁中碳、硫的测定 308
实例5 微碳硅铁合金中碳硫的测定 309
实例6 钢中氧、氮含量的测定 311
实例7 不锈钢中氢含量的测定 314
第10章 电化学分析方法 317
10.1 概述 317
10.1.1 电化学 317
10.1.2 电化学分析法及其分类 317
10.1.3 电化学分析方法的特点 318
10.2 电化学分析基本概念 318
10.2.1 电解质 318
10.2.2 电化学电池 319
10.2.2.1 原电池 320
10.2.2.2 电解池 320
10.2.2.3 电池的图解表达式 321
10.2.3 电池电动势与相间电位 321
10.2.4 电极电位与能斯特方程式 321
10.2.5 电解与极化 324
10.2.6 电极的分类 326
10.2.6.1 指示电极和工作电极 326
10.2.6.2 参比电极 326
10.2.6.3 辅助电极或对电极 327
10.2.7 指示电极 328
10.2.7.1 金属基指示电极 328
10.2.7.2 离子选择性电极 328
10.3 电化学分析方法的基本原理 333
10.3.1 电导分析法 333
10.3.1.1 电导和电导率 334
10.3.1.2 电导率的测定 335
10.3.1.3 电导法和电导滴定法 336
10.3.2 电位分析法 336
10.3.2.1 直接电位法 336
10.3.2.2 电位滴定法 340
10.3.3 电解分析法 343
10.3.3.1 电重量分析法 343
10.3.3.2 电解分离法 345
10.3.4 电解分离提取钢中非金属夹杂物、析出相 345
10.3.4.1 钢中非金属夹杂物、析出相的概念 345
10.3.4.2 研究钢中析出相和非金属夹杂物的方法和手段 346
10.3.4.3 提取钢中析出相和非金属夹杂物的方法 347
10.3.4.4 析出相的分离 350
10.3.5 库仑分析法 353
10.3.5.1 法拉第电解定律 353
10.3.5.2 电流效率 354
10.3.5.3 控制电位库仑分析法 354
10.3.5.4 恒电流库仑分析 355
10.3.5.5 微库仑分析法 357
10.3.6 伏安法和极谱分析法 358
10.4 应用技术与应用实例 358
实例1 水的电导率的测定 358
实例2 直接电位法测定水的pH值 360
实例3 氟离子选择性电极测定水中氟离子含量 364
实例4 氧化还原电位滴定法测定钒铁合金中的钒含量 367
实例5 中和电位滴定法测定水的酸度 370
实例6 沉淀电位滴定法测定溶液中Cl-和I-的含量 371
实例7 配位电位滴定法测定石灰石、黏土质等材料中铝的含量 374
实例8 电解重量法测定烧结镍中的镍含量 376
实例9 电解分离-ICP-OES法测定钢中的氧化物夹杂分量和总量 380
实例10 库仑滴定法测定煤、焦炭中的全硫含量 386
第11章 冶金标准物质（标准样品）及应用 391
11.1 概述 391
11.1.1 名称及定义 391
11.1.2 标准物质（标准样品）的分类与分级 392
11.1.2.1 分类 392
11.1.2.2 标准物质（样品）分级及标准物质（样品）编号 394
11.2 冶金标准物质（标准样品）的应用 397
11.2.1 标准物质（标准样品）的选择 397
11.2.2 标准物质（标准样品）的应用 398
11.2.2.1 校准仪器 398
11.2.2.2 评价分析方法 401
11.2.2.3 绘制工作曲线 402
11.2.2.4 监控 403
11.2.2.5 考核工作人员技术操作水平和实验室工作质量、工作水平 403
11.2.2.6 技术仲裁的依据 404
11.2.2.7 不同分析方法中标准物质（标准样品）的具体应用 404
11.3 标准物质（标准样品）的管理与销售 410
11.3.1 标准物质（样品）有关技术文件 410
11.3.2 标准物质（标准样品）的研制、生产管理程序 411
11.4 标准物质（标准样品）的研制 414
11.4.1 标准物质（标准样品）化学成分设计或选材 414
11.4.2 标准物质（标准样品）的制取、加工 415
参考文献 420