ICP-OES法测定氮化硅粉中微量金属元素的含量
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硫酸量( mL) Fe 测定值( μg/mL) Al 测定值( μg/mL) Ca 测定值( μg/mL)
1
2
3
4
1.02 0.99 0.98 1.00
1.01 1.01 0.99 1.03
1.03 1.00 1.01 1.02
从表 6 可以看出, 溶液中所含的硫酸量对元素
高, 且 Al、Ca 的分析线比较相近, 通过试验它们之间 1000 W。
表 8 发生器功率的选择
元素 分 析 谱 线 (nm) 发生器功率( W)
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第 24 卷第 3 期 Vol.24 No.3
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硬质合金 CEMENTED CARBIDE
2007 年 9 月 Sep.2007
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ICP - OES 法测定氮化硅粉中微量元素 Fe 、Al、Ca 的含量
黄春贺 ( 株洲硬质合金集团有限公司, 湖南 株洲 412000)
不存在干扰情况, 对本文提出的定量测定不存在什 么困难。 2.5 酸度的影响实验
在样品处理的过程中, 由于采用了硫酸除 F 除 Si, 所以对硫酸的浓度是否对待测元素产生影响进 行了实验。分别在 1 μg/mL 的 Fe、Al、Ca 混合标准溶 液中加入不同量的浓硫酸, 按照 1.1.2 工作条件进行 测定, 各元素含量的测定值和所加入的量进行对比。 结果见表 6。
分析谱线( nm) 259.940 396.152 396.847 259.940 396.152 396.847 259.940 396.152 396.847 259.940 396.152 396.847 396.847
表 4 Si 基体的影响
有基信背比 5.08 0.23
严重抑制 36.36 6.53 114.80 19.24 3.03 55.39 20.36 3.58 30.45 68.38
表 1 XT- 9900 型智能微波消解仪的工作条件
阶段 功率( %)
1
100
2
100
3
90
4
90
5
100
压力( kg/cm2) 3 6 9 12 15
消 解 时 间 (s) 120 120 180 240 240
方法的检测下限低, 精密度好, 准确度高, 是一种理 1.2.2 硝酸( ρ=1.42 g/mL) , MOS 级或工艺超纯。
HF( mL) HNO3(mL)
试料溶解情况
7
0
1
未溶完全
表 3 氢氟酸、硝酸用量对试料分解的影响
8
2
0
1
1.5
2
0
偶尔有少 未 溶 少量未溶
偶尔有少 少量未溶
量未溶 完全
量未溶
9
1
1.5
2
溶液清亮
Si 基体量 1 mg/mL 0.1 mg/mL 20 μg/mL 10 μg/mL 5 μg/mL
元素 Fe Al Ca Fe Al Ca Fe Al Ca Fe Al Ca Ca
1.1.1 XT- 9900 型智能微波消解仪, 工作条件见表 1.2.6 Fe、Al、Ca 混合标准溶液: 浓度为 50.0 μg/mL,
1。
由标准储备溶液逐级稀释而成。
1.1.2 JY ULTIMA ICP- OES 发射光谱仪, 工作条件 1.2.7 硅 标 准 溶 液 (0.10 mg/mL) : 用 光 谱 纯 或
表 5 Si 量对测定 Fe、Al、Ca 的影响
Si 量( μg/mL) Fe 测定值( μg/mL) Al 测定值( μg/mL) Ca 测定值( μg/mL)
5 10 20 30 50 0.99 1.02 0.98 1.04 1.19 1.04 1.03 1.03 1.01 1.17 1.02 1.12 1.21 1.30 1.36
冷却气流速 ( L/min) 12
护套气流量 ( L/min) 0.2
载气流量 ( L/min )
0.85
雾化压力 ( bar) 2.88
样品提升量 ( mL/min) 2
积分时间 ( s) 0.5
观察高度 ( mm) 15
作者简介: 黄春贺, 女( 1974- ) , 工程师, 毕业于中南大学, 主要从事化学分析和质量检验等工作。
2.4.1.2 方法二 分别在不同浓度的 Si 基体溶液中加入 1 μg/mL
的 Fe、Al、Ca 混合标准溶液, 按照 1.1.2 工作条件进 行测定, 各元素的测定值和所加入的量进行对比。这 样更能清楚地看出 Si 基体对待测元素的影响。试验 结果见表 5, 并根据其中的数据绘出了二者之间的 关系图, 见图 1。
摘 要 本 文 提 出 了 电 感 耦 合 等 离 子 体 发 射 光 谱 法 直 接 测 定 Si3N4 粉 中 微 量 元 素 Fe、 Al、Ca 含量的分析方法。进行了样品分解试验, 考察了基体对测定元素的影响以及各元 素 间 的 相 互 干 扰 情 况 , 优 化 了 分 析 条 件 , 各 元 素 的 相 对 标 准 偏 差 均 在 5%以 下 , 回 收 率 为 94%~102%。 关键词 Si3N4 Fe Al Ca 电感耦合等离子体发射光谱
2 结果与讨论
2.1 溶料方法的选择
Si3N4 的 化 学 性 质 极 其 稳 定 , 在 常 压 下 , 不 溶 于 碱溶液、单一酸和混合酸中。一般利用密闭加压酸 分 解[6, 7]和 碱 熔 融 分 解[8]方 法 , 其 中 碱 熔 融 分 解 方 法 溶液盐分太高, 不适于用 ICP- OES 法进行测定。本 实验采用目前应用较广泛的微波消解法来分解 Si3N4 粉末试样, 溶解效果很好。 2.2 微波消解条件的选择
的测定没有影响。
2.6 元素分析谱线的选择和背景校正
本 实 验 通 过 硫 酸 高 温 除 F 除 Si, 在 基 体 量 对
Fe、Al、Ca 的测定不产生影响的情况下, 分别对试剂
空 白 、待 测 元 素 的 标 准 溶 液 运 行 profiles, 进 行 谱 图
扫描, 通过观察分析, 确定了待测元素的最佳分析谱
线和背景校正点。见表 7。
表 7 元素分析谱线和背景校正扣除
元素
Fe
Al
Ca
分 析 谱 线(nm) 259.940 396.152 396.847
扣背景点( +)
0.0173
0.0128
0.0138
2.7 仪器工作条件的选择
2.7.1 发生器功率的选择
固定仪器其它工作条件, 改变入射功率, 选择
硅含量( μg/mL)
由于 Si3N4 十分难溶, 所以需设置较高的压力和 时间。但是太高的压力和时间, 对高压罐不利, 影响 其使用寿命。通过实验, 找到了可使试料溶解的最 佳微波消解条件, 见表 1。 2.3 微波消解试剂的选择
称 取 0.2000 g 试 料 , 分 别 改 变 氢 氟 酸 、硝 酸 的 用量, 按照实验方法( 1.3.1) 进行, 具体情况见表 3。
在 5 个 100 mL 塑 料 容 量 瓶 中 , 分 别 加 入 0、 1.00、2.00、4.00、10.00 mL 混合标准溶液(1.2.6), 加入 1 mL 氢氟酸(1.2.1), 用水稀释至刻度, 混匀。 1.3.3.2 Si 的工作曲线
在 5 个 100 mL 塑 料 容 量 瓶 中 , 分 别 加 入 0、 1.00、2.00、5.00、10.00 mL 硅 标 准 溶 液 ( 1.2.7) , 加 入 1 mL 氢氟酸( 1.2.1) , 用水稀释至刻度, 混匀。
实验表明: 当称取 0.2000 g 试料时, 只要加入 9 mL 氢氟酸、1 mL 硝酸, 就能使试料分解完全。所以 本实验选用加入 9 mL 氢氟酸、1 mL 硝酸。 2.4 Si 基体和共存离子的干扰 2.4.1 Si 基体的干扰 2.4.1.1 方法一
在同一条件 下, 分别对不 同 含 量 的 Si 基 体 溶 液、待测元素的标准 溶液、不同 含量的 Si 基体 加待 测元素的标准溶液运行 Profiles, 进行谱图扫描, 通 过观察分析, 计算信背比。具体数据见表 4。
无基信背比 7.22 2.27 ―― 39.87 8.27 ―― 19.24 3.28 127.4 20.78 3.95 86.69 91.39
干扰情况
严重干扰
严重干扰
Si 对 Fe、Al 的 干 扰 几 乎 没有, 对 Ca 仍干扰较大。
Si 对 Fe、Al 的 干 扰 已 消 除, 对 Ca 仍存在轻微 干 扰。 Si 对 Ca 的干扰已消除
900 W、1000 W、1100 W, 分别测定待测元素的谱线
图 1 Si 含量对测定 Fe、Al、Ca 的影响
强度和背景的强度, 计算信背比。具体数据见表 8。
由表 5 和图 1 可见, Si 的浓度在 20 μg/mL 甚至
实验表明: 随着入射功率的增大, 待测元素谱线
于 30 μg/mL 以下 对 Fe、Al 的测定都 无影 响 , 而 对 Ca 的测定必须是 Si 的浓度在 5 μg/mL 以下才可以
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硬质合金
第 24 卷
压罐中, 用少量水(约 1~2 mL)吹洗 罐壁, 加入 9 mL 氢 氟 酸 ( 1.2.1) , 1.0 mL 硝 酸(1.2.2), 混 匀 , 密 闭 高 压 罐, 置于 XT- 9900 型 智能微波消 解仪中, 按 表 1 所 示工作条件微波消解, 完成后取出冷却至室温。 1.3.2 把上述试料溶液移入铂金皿中, 加入 3 mL 硫 酸(1.2.3), 放在高温电炉上蒸 发, 冒烟至 体积为 2~3 mL, 取下 冷 却 , 吹 少 许 水 洗 铂 金 皿 壁 , 再 加 入 3 mL 硫酸(1.2.3)同样蒸发一次。冷却, 吹水洗铂金皿壁, 加 热 5 min, 取 下 冷 却 后 , 移 入 100 mL 塑 料 容 量 瓶 中, 用水稀释至刻度, 混匀。按照 1.1.2 工作条件于 ICP—OES 仪器上进行测定。 1.3.3 工作曲线 1.3.3.1 Fe、Al、Ca 的工作曲线