電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法同時(shí)測(cè)定銅基低銀焊料中的銀、磷和錫

張敏霞，潘光勇，商其英，李景婧

(浙江三花智能控制股份有限公司 計(jì)量測(cè)試中心，浙江 新昌 312500)

焊料的主要作用是焊接，在科研和生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用. 焊料中各元素含量的多少，直接影響其焊接性能. 快速測(cè)定焊料中各元素含量是冶金企業(yè)的迫切要求. 通常采用的分析方法有分光光度法[1]、火焰原子吸收光譜法[2-3]、滴定法[3-4]和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[5]等. 分光光度法操作費(fèi)時(shí)，檢測(cè)金屬元素的靈敏度不高并且檢出限較高. 火焰原子吸收光譜法具有選擇性強(qiáng)、靈敏度高、分析范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其不能多元素同時(shí)分析. 滴定法分析時(shí)間長，且不能同時(shí)檢測(cè)多個(gè)元素. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法具有檢出限低、靈敏度高、穩(wěn)定性好、基體效應(yīng)小、可多元素同時(shí)分析等特點(diǎn).

目前電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測(cè)定銀、磷或錫元素的報(bào)道有很多[6-13]，但采用此法同時(shí)測(cè)定焊料中銀、磷和錫元素的鮮有報(bào)道.

本文研究了用王水消解試樣，并用ICP-AES同時(shí)測(cè)定銅基低銀焊料中銀、磷和錫元素的試驗(yàn)方法. 結(jié)果表明此方法快速、準(zhǔn)確.

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

ICAP 7600型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(賽默飛世爾公司).

銀、磷、錫單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 000 μg/mL國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心)；高純銅(Cu≥99.999%,沈陽標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所).

氬氣(純度>99.99%)；硝酸、鹽酸為優(yōu)級(jí)純；水為符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二級(jí)水.

銅基低銀焊料(自制).

1.2 樣品前處理

稱取0.10 g銅基低銀焊料樣品(精確至0.000 1 g)，將試樣置于100 mL燒杯中，加入王水10.0 mL，于紅外線溫控加熱板上緩慢加熱至試樣完全溶解，煮沸除去氮的氧化物，冷卻至室溫后加入10.0 mL HCl(1+1),轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用水定容至刻度，搖勻，待測(cè). 隨同試樣做空白試驗(yàn).

1.3 校準(zhǔn)曲線的建立

分別移取不同體積和濃度的銀、磷、錫標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL容量瓶中，定容至刻度，搖勻，配制表1所列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液濃度.

表1 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度Table 1 Concentrations of mixed standard solution /%

1.4 樣品測(cè)定

1.4.1 儀器主要參數(shù)

高頻發(fā)射功率：1 150 W；霧化器氣體流量：0.70 L/min；輔助氣流量：0.50 L/min；冷卻氣流量：12 L/min；垂直觀測(cè)高度：12.0 mm；沖洗泵速:100 r/min；分析泵速：50 r/min；泵穩(wěn)定時(shí)間：5 s.

1.4.2 檢測(cè)

使用1.2節(jié)的樣品溶液同時(shí)測(cè)定銀、磷、錫的含量，并將測(cè)定值換算為樣品的質(zhì)量濃度.

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理方法的選擇

普通銅基低銀焊料(無錫)一般使用硝酸即可消解，但含錫的銅基低銀焊料使用硝酸不能完全溶解，因此選用王水作為其消解溶劑. 由于王水溶解性強(qiáng)，王水中的Cl-能夠絡(luò)合AgCl形成溶于酸性溶液的[AgCl2]-絡(luò)合離子，能夠保證銅基低銀焊料的消解. 定容過程中通過改變HCl(1+1)的用量來防止因Cl-濃度降低而導(dǎo)致銀發(fā)生沉淀.

固定加入5.0 mL硝酸銀溶液(1 mg/mL),分別加入5.0、8.0、9.0、10.0 mL濃鹽酸,用水稀釋到刻度，觀察溶液現(xiàn)象和測(cè)定溶液中的銀離子含量. 試驗(yàn)結(jié)果如表2所列.

表2 不同鹽酸加入量時(shí)銀的測(cè)試值Table 2 Determination value of siler under different added amounts of hydrochloric acid

由表2可見，鹽酸加入總量對(duì)測(cè)量結(jié)果影響非常大，鹽酸量不足時(shí)，銀測(cè)量值偏低. 為準(zhǔn)確測(cè)定銅基低銀焊料(銀質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%)中的銀含量，鹽酸加入量應(yīng)大于9.0 mL，也可以根據(jù)樣品中銀含量來確定鹽酸加入量.

2.2 分析譜線、標(biāo)準(zhǔn)曲線和方法檢出限

在選定的試驗(yàn)條件下，對(duì)分析譜線進(jìn)行選擇. 選擇測(cè)定譜線時(shí)既要考慮分析線的強(qiáng)度和準(zhǔn)確性，又要最大限度地避開光譜干擾，每種元素都有多條譜線可供選擇. 試驗(yàn)中分別選擇了強(qiáng)度較高、干擾相對(duì)較少的譜線作為測(cè)定譜線，對(duì)空白溶液進(jìn)行10次測(cè)定，根據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算本方法檢出限，結(jié)果如表3所列.

2.3 溶液基體效應(yīng)的消除

基體效應(yīng)對(duì)待測(cè)元素強(qiáng)度產(chǎn)生不同的抑制或增強(qiáng)作用，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的偏離. 為消除基體效應(yīng)，在配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，加入與被測(cè)樣品含量相當(dāng)?shù)幕w，使所配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的酸度、試劑與樣品盡量一致，保證霧化效率也一致，達(dá)到消除基體干擾的目的. 本試驗(yàn)使用高純金屬基體匹配的方法配制校準(zhǔn)曲線，使校準(zhǔn)曲線溶液和試樣溶液主要成份的濃度及酸度相匹配，消除基體干擾.

表3 各元素的線性范圍、相關(guān)系數(shù)和方法檢出限(n=10)Table 3 Linearity ranges，correlation coefficients and limits of detection

2.4 方法的加標(biāo)回收試驗(yàn)

為了驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性，本文對(duì)樣品中微量元素進(jìn)行了加標(biāo)回收試驗(yàn)，測(cè)定微量元素的回收量，再計(jì)算回收率，所得的回收率在95%～103%之間，能滿足試驗(yàn)要求，結(jié)果如表4所列.

表4 加標(biāo)回收試驗(yàn)Table 4 Spiked recovery test /%

2.5 樣品分析

選取2個(gè)銅基低銀焊料樣品，經(jīng)過10次平行分析，得出精密度試驗(yàn)結(jié)果，RSD 均小于5%. 結(jié)果如表5所列.

表5 實(shí)際樣品測(cè)試結(jié)果(n=10)Table 5 Determination results of unknown sample /%

3 結(jié)論

本文采用王水溶解銅基低銀焊料樣品，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀同時(shí)測(cè)定銅基低銀焊料中銀、磷、錫元素的含量，準(zhǔn)確度和精密度能夠滿足焊料的檢測(cè)要求. 該方法操作簡(jiǎn)單、分析速度快、分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠、分析成本低，適用于銅基低銀焊料的日常分析檢測(cè). 當(dāng)采用適當(dāng)?shù)耐跛尤肓恳约跋夂筮x用合適的HCl(1+1)用量，也可以將此方法推廣到高銀焊料中銀、磷和錫元素的測(cè)定.