電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定高純氧化銦中7種雜質(zhì)元素

莫 蓉 孫洪濤 白英麗 王佳麗

(西北稀有金屬材料研究院寧夏有限公司，稀有金屬特種材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 石嘴山753000)

前言

銦(In)是一種稀散金屬，我國(guó)銦儲(chǔ)量居世界首位，集中分布在廣西、云南和內(nèi)蒙古等地。高純氧化銦是銦系列的一個(gè)產(chǎn)品，屬于當(dāng)代高新技術(shù)材料的支撐材料，廣泛用于ITO、半導(dǎo)體、冶金、化工、電子、光電等行業(yè)[1]。

高純氧化銦化學(xué)分析方法為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 23364—2009[2]，高純銦化學(xué)分析方法為YS/T981—2014[3]，其中雜質(zhì)元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等含量的測(cè)定方法為電感耦合等離子體質(zhì)譜法，該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有雜質(zhì)元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等含量的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜測(cè)定方法。目前，國(guó)內(nèi)有的分析實(shí)驗(yàn)室還未配置電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)。而電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法已應(yīng)用于金屬銦和氧化銦錫粉末中雜質(zhì)元素的分析檢測(cè)領(lǐng)域[4-9]。

通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行銦基體匹配，消除銦基體對(duì)待測(cè)元素的干擾，建立了ICP-AES法測(cè)定高純氧化銦中Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等雜質(zhì)元素含量的方法，方法的精密度及準(zhǔn)確度均能滿足測(cè)定要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作參數(shù)

iCAP 6300型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(美國(guó)賽默飛世尓科技有限公司)；氬氣純度>99.99%。

RF功率1 150 W，霧化氣壓力0.2 MPa，輔助氣流量0.5 L/min，蠕動(dòng)泵泵速50 r/min，積分時(shí)間10 s，觀測(cè)方式為垂直方向。

1.2 主要試劑

Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 000 μg/mL，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心)，高純銦(WIn>99.99%)，鹽酸(優(yōu)級(jí)純)，實(shí)驗(yàn)用水為超純水(電阻率為18.2 MΩ·cm)。

1.3 樣品處理

稱取樣品1.00 g(精確至0.000 1 g)于150 mL玻璃燒杯中，加入20 mL鹽酸(1+1)，加熱溶解至樣品溶液完全清亮，冷卻后移入100 mL容量瓶中，用超純水稀釋至刻度，搖勻。在選定的儀器工作參數(shù)下進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的配制

分別稱取3份0.827 g高純銦(相當(dāng)于1.00 g氧化銦中的銦含量)，按表1加入各待測(cè)元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入20 mL鹽酸(1+1)，待高純銦完全溶解后，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用超純水稀釋至刻度，搖勻待用。

1.5 測(cè)定

于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀上，在待測(cè)元素的波長(zhǎng)處，測(cè)定各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的光譜強(qiáng)度。當(dāng)校準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)大于0.999時(shí)，進(jìn)行樣品溶液及空白溶液的測(cè)定。

表1 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列中各元素質(zhì)量濃度Table 1 Mass concentration of each element in the standard solution series /(μg·mL-1)

2 結(jié)果與討論

2.1 溶樣方法

分別采用20 mL鹽酸(1+1)和20 mL硝酸(1+1)對(duì)高純氧化銦樣品(稱樣量均為1.00 g)進(jìn)行消解實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)效果看，采用兩種酸，樣品都能溶解，溶液清亮。在ICP-AES分析中，考慮不同無(wú)機(jī)酸對(duì)譜線強(qiáng)度的影響[10-11]，硝酸的影響要大于鹽酸。故實(shí)驗(yàn)選擇鹽酸處理高純氧化銦樣品。

2.2 鹽酸濃度選擇

配制Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn質(zhì)量濃度均為0.10 μg/mL混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，鹽酸介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)分別為5%、10%、15%、20%。用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)不同鹽酸體積分?jǐn)?shù)的上述溶液進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溶液中鹽酸介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)分別為5%～20%，對(duì)各元素的測(cè)定結(jié)果影響可忽略不計(jì)。

考慮酸度及溶液鹽分對(duì)進(jìn)樣系統(tǒng)的影響，最終鹽酸(10%)作為測(cè)定介質(zhì)。

2.3 分析譜線的選擇

從電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀分析軟件譜線庫(kù)中分別選擇待測(cè)元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等2～3條譜線進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)譜線及背景輪廓、信背比、信號(hào)強(qiáng)度、干擾情況等選擇合適的譜線作為分析線。選擇時(shí)需剔除元素之間有相互干擾的譜線，保留靈敏度高、干擾小和信背比大的待測(cè)元素分析譜線。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，選擇了待測(cè)元素的最佳分析譜線如表2所列。

表2 元素的分析譜線Table 2 Spectral line of each element

2.4 基體干擾的消除

分別于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀分析軟件上繪制含銦基體(8.2 mg/mL，按樣品為1.00 g，定容體積為100 mL時(shí)計(jì)算的銦基體濃度)和不含銦基體的待測(cè)元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn的工作曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，銦基體對(duì)于上述待測(cè)元素的測(cè)定有一定程度的干擾。

基體效應(yīng)屬于非光譜干擾，可通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)溶液基體匹配法，補(bǔ)償待測(cè)元素在標(biāo)準(zhǔn)溶液中與在實(shí)際樣品所受到影響的差異。

實(shí)驗(yàn)采用銦基體匹配，配制標(biāo)準(zhǔn)樣品系列溶液，消除銦基體對(duì)待測(cè)元素的干擾。

2.5 工作曲線線性、檢出限和測(cè)定下限

在選定的儀器工作條件下，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測(cè)定，以待測(cè)元素質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，發(fā)射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線。對(duì)空白溶液重復(fù)進(jìn)行10次測(cè)定，以測(cè)定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為方法的檢出限(3S)，以測(cè)定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的10倍作為方法的測(cè)定下限(10S)，結(jié)果如表3所列。

表3 工作曲線的線性方程、相關(guān)系數(shù)以及檢出限和測(cè)定下限Table 3 linear equation, correlation coefficient ,detection limit and low limit of determination

2.6 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)和精密度實(shí)驗(yàn)

按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)高純氧化銦樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)加標(biāo)的高純氧化銦試樣平行測(cè)定10次來(lái)驗(yàn)證方法的精密度。對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，計(jì)算各元素的加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，結(jié)果如表4所示。從表4可知，各元素的加標(biāo)回收率在92.2%～110%，分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠。方法中各元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.57%～5.8%，方法具有較高穩(wěn)定性，滿足分析檢測(cè)要求。

表4 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)和精密度實(shí)驗(yàn)Table 4 Recovery tests and precision tests (n=10)

3 結(jié)論

建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定高純氧化銦中雜質(zhì)元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等含量的方法，該方法的準(zhǔn)確度和精密度滿足高純氧化銦中雜質(zhì)元素的分析檢測(cè)要求，已應(yīng)用于高純氧化銦中雜質(zhì)元素含量的分析測(cè)定。