高纯金属分析光谱仪

伦敦金属交易所(London Metal Exchange,LME)是世界上最大的有色金属交易所，成立于 1876 年，于 2012 年被香港证券交易所英镑收购，成为其全资附属公司。伦敦金属交易所的交易品种主要有铜、铝、铅、锌、镍和铝等，发布的成交价格被广泛作为世界金属贸易的基准价格，其价格和库存对世界范围的有色金属生产和销售有着重要的影响。如同 24K 金与 18K 金的差价一样，不同纯度金属的价格差异明显。因此，伦敦金属交易所对交易金属的纯度有着严格的分级和要求，对检测手段也有着严格的规范。从本文开始，我们将陆续推出伦敦金属交易所有色金属质量控制系列 —— 高纯基体金属的 ICP-OES 分析，以镍、铅、铝等为例，让大家了解电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)技术在分析高纯度金属基体中的杂质元素的应用，以及珀金埃尔默 Avio 系列 ICP-OES 在此领域应用的技术特点和优势。ICP-OES 的英文为 Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer，基本原理简单说来就是元素的原子或离子受热或电激发后，发生电子层跃迁，随后从激发态回到基态时发射出具有特征波长和强度不同的电磁辐射，从而进行元素的定性和定量。ICP-OES 系统的组成如下图所示。ICP-OES 技术具有高效稳定，连续快速多元素同时测定，精确度高，检测线性宽等特点，能够进行 70 多种金属元素和部分非金属元素的分析，多数元素的检出限能达到 ppb 级，在地质、冶金、环保、化工、生物、医药、食品、农业等方面用途广泛。那么，让我们先从用途最为广泛的合金材料之一金属镍中的杂质检测开始说起吧！金属镍中的杂质检测金属镍(Ni)由于其具备高温和低温下的高耐腐蚀性和高强度，成为合金材料生产制备中最广泛使用的金属材料之一。伦敦金属交易所发布了不同规格的金属镍的杂质要求，表 1 列举了99.80% 纯度金属镍标准规范中的杂质要求。表1.伦敦金属交易所 99.80% 纯度金属镍（镍标准规范）众所周知，谱线干扰是使用 ICP-OES 检测高纯基体金属样品中的杂质时常常遇到的难题。我们看看珀金埃尔默如何使用 Avio 500 电感耦合等离子体光谱仪(ICP-OES)，并利用多谱拟合专利技术(MSF)解析谱线，成功消除主体元素 Ni 对 某些杂质元素如 Bi 和 Sn 的测定干扰，准确检测高纯度金属镍中的杂质元素。样品样品以 5% 硝酸(v/v)消解。按照“99.80% 纯度金属镍标准规范”的要求，所有分析在 1% Ni 溶液中进行，并按照其对杂质元素含量的规定进行加标回收实验。标准工作曲线用 5% 硝酸(v/v)溶液配制浓度水平为 0.25，0.5 和 1.0 ppm 的混合标准溶液。仪器珀金埃尔默 Avio 500 ICP-OES，仪器参数、实验条件设置见表 2，各杂质元素的测定波长见表 3。表2. Avio 500 ICP-OES 仪器参数和实验条件表3. 各杂质元素的测定波长回收率混合标准溶液加到 1% Ni 溶液中的回收率均在 ±10% 以内，结果如图 1 所示，表明能够准确检测低浓度的杂质元素。图1. 各杂质元素在 1% 浓度 Ni 溶液中的加标回收率干扰消除在检测中，Bi 和 Sn 的测定会明显受到 Ni 基体的光谱干扰。使用珀金埃尔默多谱线拟合(MSF)专利技术（原理如图 2 所示），建立模型，可以消除 Ni 谱线干扰。图2. 珀金埃尔默多谱线拟合(MSF)专利技术方法检出限方法检出限定义为连续 7 次测量 1% Ni 溶液中各杂质元素为 0.25 ppm 的测量值的标准偏差的 3 倍，结果如图 3 所示，表明方法的检出限符合金属镍标准规范要求。图3. 1% Ni 溶液中各杂质元素的检出限（蓝色）和金属镍标准规范要求（红色，按100倍稀释99.80%纯 Ni 计算）仪器稳定性通过 6 小时连续分析 1% Ni 溶液中内标物 钪(Sc)的光谱信号强度的变化考察仪器的稳定性，结果见图 4，信号强度的变化在 ±10% 以内，表明仪器有着良好的稳定性 。图 4. 1% Ni 溶液中内标物钪(Sc)的光谱信号强度变化本文证明了珀金埃尔默 Avio ICP-OES 可以对高纯 Ni 中的杂质元素进行准确分析，符合伦敦金属交易所对高纯金属 Ni 的要求。通过使用多谱线拟合(MSF)技术解析谱线， 成功消除了主体元素 Ni 对 Bi 和 Sn 的测定干扰。 Avio 200 ICP-OESAvio 500 ICP-OES 扫描下方二维码，即可下载珀金埃尔默ICP-OES相关应用资料。下期预告伦敦金属交易所有色金属质量控制系列（2），高纯金属基体的ICP-OES分析：Avio 500 分析金属铅中的杂质，将介绍伦敦金属交易所对金属铅的标准规范，以及Avio 系列ICP-OES在其分析中，特别是在成本控制方面的表现，敬请期待。

我们在1月份连续推出了《伦敦金属交易所有色金属质量控制系列 —— 高纯基体金属的 ICP-OES 分析》（1）Avio 500 分析金属镍中的杂质和（2）Avio 500 分析金属铅中的杂质，介绍了伦敦金属交易所对金属镍和铅中的杂质要求，以及珀金埃尔默 Avio ICP-OES 在相关检测中表现出来的优异的干扰消除能力、检出能力、稳定性，可靠性和准确性等，以及明显降低仪器运行成本的Ar低消耗量。本期我们将继续介绍系列的第三部分《高纯基体金属的 ICP-OES 分析（3）Avio 200 分析金属铝中的杂质》，了解伦敦金属交易所对金属铝的标准规范，以及 Avio ICP-OES 在检测方面表现出来的多种优异性能，特别是在波长稳定性和光谱分辨率上的表现。金属铝（Al，英文Aluminium，原子序数为13，原子量26.98）。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。铝及其合金的独特性质能够满足航空、建筑、汽车三大重要工业发展所要求的材料特性，使得金属铝的生产和应用极为广泛。伦敦金属交易所发布了两种规格的金属铝（99.5%纯度和99.7%纯度）的杂质要求，表 1 列举了对其中一种铝（99.7%纯度）中杂质的要求；同时，也将中国国标对铝锭中杂质的要求也列入表中（GB/T 1196-2008）。表 1. 伦敦金属交易所 99.7% 纯度金属铝中的杂质要求样品样品以 5% 硝酸（v/v）消解，所有分析在 1% Al 溶液中进行（与样品消解后的溶液介质接近），并按照其对杂质元素含量的规定进行加标回收实验。标准工作曲线用 5% 硝酸（v/v）溶液配制浓度水平为 0.5，2.0 和 8.0 ppm 的混合标准溶液（含相应 Sc 作为内标），方法设置中使用“添加方法-样品截距”作为校准计算方法克服等离子体中的基质效应。仪器珀金埃尔默 Avio 200 ICP-OES，仪器参数、实验条件设置见表 2；各杂质元素的测定波长见表 3。标准进样系统配置和参数用于所有分析。矩管位置设置为 -3。在考虑氩气（Ar）成本时，Avio 200 的低氩气消耗可以大大节省成本。表 2. Avio 200 ICP-OES 仪器参数和实验条件表 3. 各杂质元素的测定波长 回收率浓度如表 1 所示的杂质元素混合标准溶液加到 1% Al 溶液中的回收率均在 ±5% 以内，结果如图 1 所示，表明能够准确检测低浓度的杂质元素。图 1. 杂质元素混合标准溶液在 1% 浓度 Pb 溶液中的加标回收率仪器稳定性通过 4 小时连续分析 1% Pb 溶液中内标物 钪（Sc）的光谱信号强度的变化考察仪器的稳定性，结果见图 2，信号强度的波动在 ±4% 以内，表明仪器有着良好的稳定 。图 2. 1% Al 溶液中内标物钪（Sc）的光谱信号强度变化方法检出限方法检出限定义为连续 7 次测量 1% Al 溶液中各杂质元素测量值的标准偏差的 3 倍，结果如图 3 所示，表明方法的检出限符合金属镍标准规范要求。图 3. 1% Al 溶液中各杂质元素的检出限（深蓝色）和伦敦金属交易所金属铝标准规范要求（浅蓝色，按 100 倍稀释 99.70% 纯 Al 计算）Avio ICP-OES的波长稳定性和光谱分辨率1. Avio ICP-OES 具备极佳的波长稳定性（图 4）在 谱线清晰，杂散光极少，检测器边缘亦具有与中间相同的分辨率独有的三狭缝设计，对干扰较小的谱线，可用宽的狭缝以获得更高的光通量；对干扰较大的谱线，可用窄的狭缝以获得更好的光谱分辨信息采用大面积光栅，有极好的色散率，即使在 200 nm处也可获得优异的光学分辨率（图 4）图 4. 每一根谱线由 1 – 30 个像素组成, 在 200 nm 处的分辨率可达 0.003 nm结论本文证明了珀金埃尔默 Avio ICP-OES 可以对高纯 Al 中的杂质元素进行准确分析，符合伦敦金属交易所对高纯金属 Al 的要求。Avio ICP-OES 在实验过程中显示了优异的波长稳定性和光谱分辨率。Avio 200 ICP-OESAvio 500 ICP-OES扫描下方二维码，下载珀金埃尔默Avio ICP-OES分析金属铝中的杂质相关资料。

由国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会批准发布的《高纯金》和《高纯金化学分析方法》系列国家标准将于9月1日起施行。该系列标准的颁布实施，弥补了我国高纯金产品和检测标准缺失的不足，填补了高纯金国际标准的空白，为高纯金生产企业和用户及检验机构提供了科学规范的依据。这一标准实施，有利于黄金行业继续向更高的方向发展，同时对保护消费者权益也具有重要意义。 　　目前市场上的黄金首饰、金条、金银币等黄金产品中，其纯度基本只能达到99.99%，也就是俗称的4个9，而新版国家标准的高纯金纯度为99.999%，即5个9。这种黄金的纯度达到了最顶尖水平，具备同类黄金产品无法比拟的唯一性。"《高纯金》国家标准的施行，对原材料、制作、产品规范等方面有所规定，有利于黄金行业继续向更高的方向发展，同时对保护消费者权益也具有重要意义。