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嘉峪檢測網 2021-10-12 21:22
背景介紹
高純鉻主成分含量高，雜質如碳、氮、氧、硅等元素含量低，其具有硬度大，熔沸點高，以及抗腐蝕能力強等特點。高純鉻主要應用于電氣的觸頭生產，這種觸頭使用壽命長，不發生打弧粘連現象；同時也可以與鐵、鈷、鎳、鎢等元素一同用于冶煉各種特種鋼和特種合金，這些特種鋼和特種合金通常會具有耐高溫、抗蠕變能力強等特點，是航空、宇航、汽車、造船等工業生產中不可缺少的材料；更高純度要求的高純鉻可用于半導體和電子芯片行業。高純鉻中的各類雜質含量是決定所煉制的合金或鋼材牌號的依據，同時也對合金及鋼材的性能有著極大的影響。在高精尖領域(如航天航空、半導體等)，材料純度將是決定這些行業發展高度的上限，因此對于作為重要添加材料的高純鉻，完善其雜質含量檢測方法具有重要的現實意義。
國家標準方法GB/T4702.12—2016《金屬鉻中鉛錫鉍銻砷含量的測定電感耦合等離子體質譜法》中缺少鋁、銅、鎘、錳、鉈、鑭、鈰等元素的分析，不能滿足目前高純鉻中痕量元素測定的市場需求。當前已建立一系列測定高純鉻中雜質含量的方法，如：測定高純鉻中有害元素硫含量的高頻燃燒-紅外吸收光譜法，該法的比較級水平為1％；測定高純鉻中氮、氧含量的紅外吸收熱導法，該法需要大量樣品(大于250g)破碎后進行篩選以提高樣品的代表性，操作復雜；測定高純鉻中硅、磷、鋁、鐵、銅、釩、錳、鎳、鋅等９種痕量元素含量的電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)，該法在高純鉻中雜質含量測定方面的應用取得了一定進展；還有測定高純鉻中10種痕量元素的輝光放電質譜法(GD-MS)，但該法成本高昂。
電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)技術是目前被公認的強有力的元素分析技術，其具有檢出限低、靈敏度高、選擇性好、線性范圍寬、分析時間短、進樣量小的優異特性，被廣泛應用在冶金、材料、生物醫學、食品安全等領域。ICP-MS對高純鉻中痕量元素的檢出限可達到0.00001％(質量分數)，但該技術中使用的酰氯化基體分離受溫度和酸的加入量影響較大，基體分離條件的篩選較為復雜。
本文亮點
本工作建立了ICP-MS測定高純鉻中鋁、錳、砷、錫、銻、鎘、汞、鉛、銅、鉍、硼、鑭、鈰等13種痕量元素的分析方法，在原有的ICP-MS測定痕量元素的種類上增加了稀土金屬以及砷、鎘、鉛、汞等有害元素含量的測定；通過基體匹配法和內標法消除基體干擾，在溫和條件下，對于沸點相對較低的成分，測定精度明顯提升，且操作方法簡單高效；優化了儀器參數、工作條件，并驗證了試驗結果的準確性和精密度。
內容簡介
來自上海材料研究所和上海海關工業品與原材料檢測技術中心的黃丹宇、陶美娟、郅惠博三位研究人員稱取少量試樣加入鹽酸和硝酸，加熱溶解后定容所得即為待測溶液，按儀器工作條件測定。基體匹配法和內標法定量。
在ICP-MS分析過程中，基體會對待測元素的響應信號產生不同程度的增強或抑制作用，影響待測元素的測定結果。常見的高純金屬的基體消除方法有基體分離法和基體匹配法。基體分離法是指在樣品前處理過程中將基體化學分離出來。基體匹配法是99.9999％的高純鉻為基體制作標準曲線進行測定。由結果可知，基體匹配法測得的結果與推薦值相符；而基體分離法中揮除鉻基體時造成部分元素損失，進而測得的部分元素含量偏低，元素銻、硼儀器測得值扣除空白值后甚至會出現負值，同時基體分離法前期工作復雜，影響日常工作效率。因此，試驗選擇基體匹配法來進行基體校正。
同位素應選擇天然同位素豐度值較高的元素，盡量避免基體與氧、氬、氯、氮等原子形成多原子離子的質譜干擾，對于其中有較多質量數可選擇的元素如鎘、汞、銅，可以參考后續標準曲線的線性系數、檢出限、精密度、加標回收率等相關數值，選擇最優的同位素。制備不同質量濃度的混合標準溶液系列。按儀器工作條件測定，繪制標準曲線。將空白樣品連續測定多次得到方法檢出限。由實驗結果可知，高純鉻中13種元素的線性關系良好，檢出限較低。
按照試驗方法對高純鉻樣品進行3個濃度水平的加標回收試驗，得到上述13種元素的加標回收率滿足測定要求。對同一試樣在不同時間段測定多次，并計算測定值的相對標準偏差(RSD)，得到該方法精密度較好。為驗證試驗結果的準確性，將本實驗室所得結果與上海海關工業品與原材料檢測技術中心采用該方法所測得的結果進行比對，得到不同實驗室間所得的測定結果一致。
論文總結
本工作采用基體匹配法校正基體，建立了ICP-MS測定高純鉻中13種痕量元素的分析方法。測得各元素的檢出限為0.001~0.29μg·L-1，測定值的RSD為1.0％~4.2％，加標回收率為86.0％~114％。通過比對不同實驗室間的測定結果，證明試驗結果的準確性。該方法具有簡單可靠、精密度好、檢出限低、準確性高的特點，符合目前檢測行業對高純鉻的相關測定要求。
作者：黃丹宇1，陶美娟1，郅惠博2
單位：1.上海材料研究所；2.上海海關工業品與原材料檢測技術中心
來源：《理化檢驗-化學分冊》2021年第8期
來源：理化檢驗化學分冊
