钕铁硼合金中Sm检测方案(ICP-AES)

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ICP-AES 法同时测定钕铁硼合金中主量和杂质元素 摘要：本文介绍了用 ICP-AES 法同时测定钕铁硼合金中主量和杂质元素La、Ce、 Sm、Dy、Gd、Co、Mn、 ZrB、Ga、Pr、Nd、AI和Cu的方法。研究了基体和共存元素对分析元素的光谱干扰情况和基体效应的影响，采用基体匹配法克服基体效应影响，利用仪器软件建立数学模型消除基体和主量元素对分析元素的光谱干扰，精密度和准确度结果表明，本方法快速、准确，可以满足钕铁硼合金中主量和杂质元素的测定要求。 关键词：钕铁硼合金：主量和杂质元素； ICP-AES 中图分类号：0657.3 文献标识码：A 文章编号： Abstract： The method was established for the simultaneousdetermination of La， Ce， Sm， Dy， Gd， Co， Mn， Zr， B， Ga，Pr， Nd， Al and Cu in Nd-Fe-B alloy by inductively coupledplasma atomic emission spectrometry (ICP-AES).The effectof matrix and coexist elements on the determination are studied.By the use of efficient mathematical mode MSF(Multi-componentSpectral Fitting) and matrix match ，complex background anddirect spectral overlaps interferences were effectively eliminated，the RSD are less than 6%. The method is rapid and accurate. Key words： Nd-Fe-B alloy ， Main and impurities elements ，ICP-AES： 钕铁硼合金作为第三代稀土永磁材料具有广泛的应用领域，主要应用在各种音响器材、微波通讯、磁力机戒、家用电器、核磁共振成像仪、计算机磁盘驱动器电机等1，合金中各成分元素的含范围变化很大， Nd的含量可高达27%，而Cu、Gd等低到0.00XX%， 关键元素如B的含量微小变化对合金的性能有显著影响，因此准确测定钕铁硼合金中主量和杂质元素含量是控制合金质量的重要手段，分析钕铁硼中主量和杂质元素含量若采用化学方法，分析周期长，操作烦琐，不能满足批量快速分析的要求。 ICP-AES 法具有多元素同时分析的能力，检出限低，动态范围宽，准确度好，基体效应小，获得广泛的应用〔2-3〕，本文采用ICP-AES 法同时测定钕铁硼合金中主量和杂质元素La、Ce、Sm、Dy、Gd、Co、 Mn、 Zr、 B、 Ga、 Pr、Nd、 Al和 Cu的含量，研究了基体和共存元素对分析元素的光谱干扰情况和基体效应的影响，用基体匹配法进行基体干扰的校正，用仪器软件建立 MSF (多重光谱拟合)模型消除光谱干扰，进行了样品比对试验，精密度和准确度结果表明，本方法快速、准确，可以满足钕铁硼合金中主量和杂质元素的测定要求。 1、实验方法 1.1仪器及工作条件 美国Perkin Elmer 公司生产的 Optima3000 型分段式全谱直读电感耦合等离子光谱仪。仪器工作条件，高频频率：40MHz；高频功率：1.3kW， 冷却气流量：15L/min，载气流量：0.8L/min， 辅助气流量：0.5L/min；预燃时间：45s，积分时间：5s； 1.2试剂及标准溶液 盐酸，硝酸均为优级纯，各元素单标准溶液均为1.00mg/mL的国家级标准溶液，使用时逐级稀释，水为去离子水。 1.3试验方法 1.3.11试样溶液的制备 称取0.1000g试样于150mL烧杯中，加入硝酸10mL 低温加热溶解，冷却，定容于100mL容量瓶中。再从该溶液中分取5mL移入100mL容量瓶中，加入5mL硝酸，用水稀释到刻度，混匀。 1.3.2标准曲线溶液的制备和测量 标准曲线溶液采用单元素标准溶液按照样品中各元素的含量范围加入适量的各待测元素单标准储备溶液，配制标准曲线溶液，在选定的仪器条件下测量。标准曲线溶液各元素浓度见表1 2、结果与讨论 选择各待测元素分析线选择是以谱线灵敏，干扰少为原则，在ICP分析方法中谱线干扰是主要干扰，稀土元素的谱线众多，元素之间谱线相互干扰情况非常严重，一般情况下通过合理选择分析线，待测杂质元素之间的谱线干扰可以避开，但基体和主量元素对杂质元素的分析线存在不同程度的干扰，通过对待测元素的多条灵敏线选 择比对得出，在选定的分析线波长处钕铁硼合金中待测元素除Co、Dy、Ga、 Mn、Zr、Cu等不受 Fe、 Nd或 Pr的谱线干扰，其他待测元素La、Sm、Gd、B、 Pr 和 AI等都受到 Fe、Nd或Pr的普线干扰，谱图扫描得到La、Sm、Gd、B、Pr和Al等元素谱线在选定波长处的扫描图，见图1~图6. 从谱图可以看到 La、Sm、Gd、B、Pr 和AI等元素受到Fe、Nd或 Pr等元素的干扰，为克服Fe、Nd或Pr等元素这种直接的谱线重叠干扰，利用仪器软件创建一个数学模型MSF (Multi-component Spectral Fitting) 文件，从干扰光谱中识别待测元素的谱线，测量时仪器软件使用MSF模型减去Fe、Nd和Pr对待测元素造成的光谱干扰量，从而消除干扰。MSF文件创建的方法是按照样品溶液中Fe、 Nd和Pr的浓度配制相应浓度的Fe、 Nd和Pr的单元素溶液，在选定的待测元素波长处扫描确定Fe、 Nd 和Pr等干扰信号和待测元素的分析信号，设干扰信号为i，分析信号为a，建立模型，存入方法，对其他不受 Fe、Nd和Pr谱线重叠干扰的待测元素可直接采用扣背景的方法，通过试验确定了待测元素的波长和干扰校正方法见表2 表2分析线及干扰校正 元素 波长 nm 干扰校正 背景校正 左背景点右背景点 Element Wavelength Overlap Background BGC1 BGC2 Correction correction La 379.487 MSF None Ce 456.236 None 2-Point -0.019 0.030 Sm 442.434 MSF None Dy 353.170 None 2-Point -0.020 0.020 Gd 342.247 MSF None Co 230.786 None 2-Point -0.028 0.021 Mn 257.610 None 2-Point -0.019 0.026 Zr 343.823 None 2-Point -0.019 0.019 B 249.772 MSF None Ga 294.364 None 2-Point -0.042 0.042 Pr 422.293 MSF None Nd 406.109 None 2-Point -0.034 0.034 Al 308.215 MSF None Cu 324.752 None 2-Point -0.022 0.022 表1标准溶液系列浓度(wt%) La Ce Sm Dy Gd Co Mn Zr B Ga Pr Nd AI Cu Blank 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 STD1 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.05 0.80 0.05 4 15.00 0.50 0.05 STD2 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.50 0.20 0.20 1.50 0.10 i10 25.00 1.50 0.10 图1.La 379.478nm扫描图 图2. Sm 442.434 nm扫描图 图3. Gd 342.247nm扫描图 图4.B249.772nm扫描图 图5.Pr 422.293nm扫描图 图6.A/308.215nm扫描图 没有采用MSF模型测量时 La、Ce、Sm、Al和 Gd等的校准曲线线性较差，不能作为分析使用，采用MSF方法后，这些元素校准曲线的线性相关系数可达0.999以上，可以满足杂质元素分析的要求。 2.2.方法的检出限 在给定的仪器工作条件下，用空白溶液和标准溶液绘制校准曲线，并对空白溶液进行9次测定，计算其标准偏差，以3倍的标准偏差为其检出限，并把检出限的5倍定义为定量测定下限4，结果见表3 元素Element La Ce Sm Dy Gd Co Mn Zr B Ga Pr Nd AI Cu 检出限DL 0.01 0.10 0.07 0.01 0.03 0.01 0.07 0.01 0.01 0.06 0.06 0.10 0.05 0.008 测定限LOD 0.05 0.50 0.35 0.05 0.15 0.05 0.35 0.05 0.05 0.30 0.03 0.5 0.25 0.04 2.3方法的精密度和准确度 按试验方法对试样进行分析，取数份钕铁硼合金.样品，试验结果(n=9)见表4. 表4试样分析试验结果 元素 La Ce Sm Dy Gd Co Mn element 测定值% 0.011 0.008 0.009 0.006 0.001 4.97 0.035 found RSD% 4.2 5.3 3.6 3.1 2.8 0.6 1.4 元素 Zr B Ga Pr Nd AI Cu element 测定值% 0.034 0.932 0.01 0.087 26.72 0.011 0.006 found RSD% 1.6 0.8 2.1 0.9 0.6 2.3 3.1 对已知标准物质 MAG-COMALLOY-1 (W-Meb149149)进行了分析，结果如下 表标准样品测定结果 元素 La Ce Sm Dy Gd Co Mn 测量值% 0.045 0.055 0.050 3.95 0.047 4.97 0.099 Found 标准值% 0.05 0.05 0.05 4.00 0.05 5.00 0.10 Certified 元素 Zr B Ga Pr Nd AI Cu 测量值% 0.008 0.81 0.298 2.97 17.91 0.081 0.047 Found 标准值% 0.01 0.80 0.30 3.00 18.00 0.075 0.05 Certified ( [1]有色金属分析[J]，2003(6)51 ) ( [2]邱德仁，原子光谱分析[M]，复旦大学出版社，2002年，175 ) ( [3]王春梅，张叔珍，光纤预制棒中三种稀土元素的ICP-AES测定，冶金分析 [J] ， 2001 (2)，51 ) ( [4](美)Akbar Montaser 和 D.W Golightly， 感耦合等离子体在原子光谱 分析法中应用[M]，人民卫生出版社， 1992，136-139 ) ( 作者简介：庞晓辉(1964)，男，工程师，从事材料化学成分分析研究工作， 通信地址：北京市81信箱19分箱， 100095，Tel：010-62496669 )