氧化钨中杂质含量检测方案(ICP-AES)

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直流电弧光谱法测量氧化钨中杂质含量Analysis of Tungsten Oxide SamplesUsing a Teledyne Leeman Labs Prodigy DC Arc Spectrometer 摘要 在进行高纯氧化钨样品中 AI、As、Bi、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Si、Sn、Ti、V等元素分析时，基于样品组成的特殊性和复杂性，给样品前处理环节带来一定的困难，由于直流电弧光谱仪无需样品制备、直接固体分析、灵敏度、分析速度快、准确度高等优势而成为难溶粉末、高纯金属等材料分析的首选仪器。 实验部分 仪 器 本文采用TELEDYNE LEEMAN LABS Prodigy直流电弧光谱仪作为实验设备；仪器具有800mm 焦距光学系统和百万像素大面积程序化固态检测器(L-PAD)， 该检测器有效面积为28×28mm；波长范围达到175—1100nm的连续覆盖，仪器在一次激发过程中可同时进行信号采集和背景校正，从而极大地减少了电极的消耗和样品分析时间。除此之外，检测器还具有防溢出功能并且可以进行随机读取和非破坏性数据读取，具有10个数量级以上的动态范围。 电弧激发台所带的斯托勒-沃德气室可采用各种质子流量计控制的气体来降低CN键所造成的干扰，并且提高样品激发速率。斯托伍德气室的气体流量同样通过微处理器来控制，在单次激发过程中可采用多种不同气体，并且每种气体单独控制。 工作参数 参数 设置 直流电弧 电流 Ignition at 6 amps， hold for 15 sec， constant 12 amps for 30 sec 电极间距 4mm 电极 下电极(样品) 1/4" diameter， 1.5”length with a 0.152”x0.188”cup 上电极 1/8”diameter and pointed 样品 样品重量 50 mg 积分时间 0-45s 缓冲剂 氯化银 All standards and samples were mixed with a carrier consisting of a 1：5 blend of silver chloride and graphite powder. 石墨粉 Step Current (amp) Ramp (amps/s) Hold (s) 1 (Ignition) 6 --- 15 2 12 --- 30 样品电极和上电极可直接从 Bay Carbon 公司购买，样品电极和上电极的的直径分别为1/4”和1/8”，两个电极间的间距为 4mm， 并且在整个激发过程中随着电极及样品的消耗需要不断调整，以维持4mm的间距，所有的样品氛围为空气中激发。 测量过程中首先采用6 amps 直流电流在保证被分析物不被挥发的条件下进行预燃使氧化钨基体与石墨反应生成碳化钨，由于生成的碳化钨相比氧化钨而言具有更高的沸点，因此可以使用更高的激发电流进行杂质元素的分析并避免氧化钨复杂的光谱背景干扰；本方法使用了氯化银载体和石墨粉缓冲剂可以有效地改善Mo、Ti、Ⅴ等元素在直流电弧中的分馏效应。 分析元素参数 通过 TRA 时序分析功能得到100ppm 的标准物质中被分析元素的分馏效应曲线，从而判断出大部分元素在 45~50s 内即可完成全部激发过程，在下表列出了被分析元素的积分参数和背景扣除等参数设置： 元素 波长(nm) 左背景 右背景 积分时间 Al 309.271 --- 13 0-45 As 234.984 3 --- 0-45 Bi 306.772 2 --- 0-45 Ca 396.847 --- 13 0-45 Cd 226.502 2 --一 0-45 Co 345.351 4 --- 0-45 Cr 428.972 1 0-45 Cu 324.754 2 0-45 Fe 305.909 --- 11 0-45 Mg 279.553 3 13 0-45 Mn 259.372 --- 13 0-45 Mo 313.259 3-4 --- 0-45 Ni 305.082 8-9 0-45 Pb 261.418 15 0-45 Sb 231.147 4 -- 0-45 Si 251.611 2 --- 0-45 Sn 317.505 5 --- 0-45 Ti 323.452 4 0-45 V 318.538 1 --- 0-45 标准曲线 ●41种元素标准物质(MVLaboratories， Inc.， Frenchtown， NJ)； 标准系列按照重量法与缓冲剂和载体稀释为0、1、10、50、100ppm； 缓冲剂为石墨粉； 载体为氯化银； 测量结果 元素 波长 (nm) 氧化钨基体中检出限 (ppm) Al 309.271 0.97 Bi 306.772 7.6 Ca 396.847 2.5 Cd 226.502 2.9 Co 345.351 0.13 Cr 428.972 0.77 Cu 324.754 0.59 Mg 279.553 0.19 Mn 259.372 0.14 Mo 313.259 0.71 Ni 305.082 0.30 Pb 261.418 0.37 Sb 231.147 3.0 Sn 317.505 1.1 Ti 323.452 1.9 318.538 2.0 元素 Wavelength (nm) 1#(ppm) 2#(ppm) 3# (ppm) 4#(ppm) 5# (ppm) AI 309.271 16.5 60.7 23.2 7.0 7.4 As 234.984 34.4 49.1 80.6 57.0 56.4 Bi 306.772 NR NR NR NR NR Ca 396.847 14.4 116 148 38.4 121 Cd 226.502 NR NR NR NR NR Co 345.351 NR 7.9 4.0 NR 19.4 Cr 428.972 3.1 46.4 10.2 1.4 24.0 Cu 324.754 NR 4.6 NR NR NR Fe 305.909 NR 86.1 97.7 NR 24.4 Mg 279.553 10.9 114 21.8 19.5 23.2 Mn 259.372 NR 13.8 0.5 NR 10.7 Mo 313.259 NR 74 0.9 NR 41.2 Ni 305.082 NR 11.1 2.3 57.1 7.8 Pb 261.418 NR 0.8 NR NR 1.5 Sb 231.147 NR NR NR NR NR Si 251.611 104 307 62.7 NR 32.8 Sn 317.505 NR NR NR NR NR Ti 323.452 NR 30.6 NR 2.4 51.5 V 318.538 NR 10.1 NR NR 22.6 结论 通过上面的测量结果我们可以看出，使用Leeman Labs Prodigy DC Arc直流电弧光谱仪进行高纯氧化钨样品中杂质元素含量的检测可以获得令人满意的结果，具有极高的准确度和检出限指标。无论是在灵敏度、重现性、线性动态范围等方面均可满足于高纯氧化物、高纯金属材料等样品中杂质元素检测行业的应用。