采用輝光放電質(zhì)譜儀測(cè)定高純鋁中痕量元素

肖麗梅

（新疆眾和股份有限公司烏魯木齊830013）

采用輝光放電質(zhì)譜儀測(cè)定高純鋁中痕量元素

肖麗梅

（新疆眾和股份有限公司烏魯木齊830013）

本文采用輝光放電質(zhì)譜法對(duì)高純鋁材料中的9種痕量雜質(zhì)元素進(jìn)行測(cè)量。對(duì)儀器工作參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選擇，并對(duì)質(zhì)譜干擾對(duì)測(cè)量的影響進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)表明：樣品經(jīng)足夠長(zhǎng)時(shí)間的濺射，可以消除樣品制備和處理過(guò)程中的表面污染，方法用于高純鋁標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定，測(cè)定值與認(rèn)定值相符，可以為其它高純材料的檢測(cè)提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

輝光放電質(zhì)譜法痕量雜質(zhì)測(cè)定高純鋁

近些年來(lái)，世界高純材料痕量分析技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展也比較迅速，尤其是質(zhì)譜分析技術(shù)已在許多分析領(lǐng)域中已經(jīng)獲得實(shí)際應(yīng)用[1]。由于輝光放電質(zhì)譜(GDMS)具有固體樣品直接分析，基體效應(yīng)小、多元素同時(shí)快速測(cè)定、質(zhì)量分辨率高、結(jié)果準(zhǔn)確、精密度好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是迄今為止唯一具有足夠靈敏度對(duì)超純導(dǎo)電材料進(jìn)行直接分析的有效手段[2]。本文用輝光放電質(zhì)譜儀GDMS測(cè)定了高純鋁中鎂、硅、鈦、釩、鉻、錳、鐵、銅、鋅等9種雜質(zhì)元素，應(yīng)用不同分辨率質(zhì)譜測(cè)量模式下消除了大量的多元素分子離子的質(zhì)譜干擾，本方法可滿足純度為99.99%(4N)～99.9999%(6N)高純鋁的分析要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

FinniganELEMENTGD高分辨輝光放電質(zhì)譜儀美國(guó)ThermoFisher公司產(chǎn)品；日本HP系列高純鋁標(biāo)準(zhǔn)樣品；高純氬氣（純度不小于99.9995%）。

1.2 樣品制備與處理

高純鋁樣品需用車床將表面氧化層去掉，保證分析面平整、光潔、干燥，無(wú)油污、水漬、氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。

1.3 定量測(cè)定

把樣品放入樣品架中固定，依次將錐(石墨)、導(dǎo)流管(石墨)，陶瓷帽，陽(yáng)極帽(石墨)安裝好，將樣品架推入離子源腔內(nèi)啟動(dòng)GDon，調(diào)節(jié)放電電壓和放電電流，欲濺射約10min，以消除樣品制備過(guò)程中可能產(chǎn)生的沾污，進(jìn)行高壓放電，收集待測(cè)元素離子信號(hào)，根據(jù)輝光放電質(zhì)譜儀定量分析原理，求出待測(cè)雜質(zhì)元素的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 工作參數(shù)的選擇

放電條件直接影響測(cè)定的進(jìn)行，在中分辨率和高分辨率對(duì)離子源的放電電壓和放電電流分別進(jìn)行調(diào)諧，當(dāng)放電電壓和放電電流較大時(shí)容易使陰極樣品溫度過(guò)高，從而導(dǎo)致短路，當(dāng)放電電壓和放電電流較低時(shí)，樣品的信號(hào)峰有較大拖尾，經(jīng)反復(fù)調(diào)諧，儀器的參數(shù)如表1中所示。調(diào)節(jié)其它Lenses參數(shù)使中分辨率達(dá)到4000，在高分辨率分辨率達(dá)到10000左右。

產(chǎn)生輝光放電的工作條件通常有放電電壓、放電電流及放電氣體壓力（或單位流量），這三個(gè)參數(shù)相互關(guān)聯(lián)。ELEMENTGD型GDMS采用調(diào)節(jié)放電電流的方法，電壓隨著電流的變化而自行變化，在確定儀器條件時(shí)不需調(diào)節(jié)優(yōu)化。

表1 工作參數(shù)選擇

2.2 質(zhì)譜干擾

輝光放電質(zhì)譜中質(zhì)譜干擾由放電氣體(氬氣)、殘留的空氣(氮?dú)?、氧氣?以及濺射出的樣品原子等相互碰撞、相互作用而形成,同量異位素干擾；多原子離子干擾；多電荷離子干擾。在GDMS中最主要的干擾是多原子離子產(chǎn)生的譜線重疊干擾[3]。多原子離子的來(lái)源有多種,主要有等離子體氣體(氬氣)形成的多原子離子(如40Ar22+對(duì)80Se+的干擾)；污染或殘留氣體形成的多原子離子(如14N2+對(duì)28Si+的干擾)；樣品中的原子間形成的多原子離子(如58Ni2+對(duì)116Sn+的干擾)；它們相互間結(jié)合形成的多原子離子(如27Al36Ar對(duì)63Cu、27Al40Ar對(duì)67Zn的干擾)。GDMS分析中為了得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果,必須將影響準(zhǔn)確測(cè)定離子強(qiáng)度的干擾排除或者減小到最低的程度。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇合適的質(zhì)量數(shù)和選擇合適的分辨率見表2。

表2 各元素所選擇的質(zhì)量數(shù)和分辯率

2.3 方法準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)

選用日本HP1000高純鋁標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定鎂、硅、鈦、釩、鉻、錳、鐵、銅、鋅9個(gè)元素，驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度，標(biāo)樣值為標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)樣值，測(cè)試值為本標(biāo)樣實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果，測(cè)定誤差為測(cè)定值和標(biāo)準(zhǔn)值的絕對(duì)差值，測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 待測(cè)元素RSF值、標(biāo)準(zhǔn)值與測(cè)定值的對(duì)比(n=6)ppm

由表3結(jié)果表明：高純鋁HP1000標(biāo)準(zhǔn)樣品9個(gè)元素測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值吻合，該方法準(zhǔn)確性良好。

2.4 精密度實(shí)驗(yàn)

選用1個(gè)5N高純鋁樣品進(jìn)行11次重復(fù)測(cè)定，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD，評(píng)定精密度,結(jié)果見表4。

表4 精密度實(shí)驗(yàn)（n=11）ppm

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：9個(gè)元素的精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS∕T871-2013《高純鋁化學(xué)分析方法痕量元素含量的測(cè)定輝光放電質(zhì)譜法》[4]的檢測(cè)要求。

3 結(jié)論

本文以輝光放電質(zhì)譜法高純鋁中9個(gè)元素進(jìn)行測(cè)定，考察了輝光放電電流、放電氬氣流速以及離子源冷卻溫度對(duì)RSF值的影響。對(duì)HP1000標(biāo)準(zhǔn)樣品和高純鋁樣品進(jìn)行測(cè)定驗(yàn)證，結(jié)果表明該方法的準(zhǔn)確度和精密度良好。本工作的完成可以為高純鋁表面不同元素分布的均勻性提供準(zhǔn)確的測(cè)定方法，同時(shí)也為高純鋁中雜質(zhì)元素的準(zhǔn)確測(cè)定建立基礎(chǔ)。

[1]蘇永選,孫大海,王小如,等.輝光放電質(zhì)譜研究～應(yīng)用新進(jìn)展[J].分析測(cè)試學(xué)報(bào),1999，18(3):82-86.

[2]陳剛,葛愛(ài)景,卓尚軍,等.輝光放電質(zhì)譜法在無(wú)機(jī)非金屬材料分析中的應(yīng)用[J].分析化學(xué),2004,32(1):107-112.

[3]劉炳寰．質(zhì)譜學(xué)方法與同位素分析[M].科學(xué)出版社，1983．

[4]YS∕T871-2013.高純鋁化學(xué)分析方法痕量元素含量的測(cè)定輝光放電質(zhì)譜法.中中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部.

收稿：2015-01-20

10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.06.023