討論稿實(shí)驗(yàn)報(bào)告-高純鉑化學(xué)分析方法,雜質(zhì)元素含量測(cè)定,輝光放電質(zhì)譜法

1、討論稿實(shí)驗(yàn)報(bào)告-高純鉑化學(xué)分析方法,雜質(zhì)元素含量測(cè)定,輝光放電質(zhì)譜法 高純鉑化學(xué)分析方法 雜質(zhì)元素含量的測(cè)定 輝光放電質(zhì)譜法 試 驗(yàn)報(bào)告 （ 預(yù)審 稿） 貴研鉑業(yè)股份有限公司 2021 年 年 7 月 月 高純鉑化學(xué)分析方法 雜質(zhì)元素含量的測(cè)定 輝光放電質(zhì)譜法 前 言 高純鉑以其獨(dú)特的物理化學(xué)性能被應(yīng)用于高科技半導(dǎo)體材料制造、靶材制造、精密儀器制造等行業(yè)。準(zhǔn)確測(cè)定其雜質(zhì)元素含量對(duì)高純鉑產(chǎn)品制備過程控制和純度判定具有十分重要的意義。 純金屬鉑的測(cè)定方法有發(fā)射光譜法（aes） 1 、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（icp-aes） 2,3 、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（icp-ms） 4 、火花源質(zhì)譜

2、法（ssms） 5 、激光燒蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜法（la-icp-ms） 6 、輝光放電質(zhì)譜法（gd-ms） 7,8 等。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) gb/t 1419-2021 海綿鉑，要求測(cè)定三個(gè)牌號(hào) sm-pt99.9、sm-pt99.95、sm-pt99.99的 18 個(gè)雜質(zhì)元素，測(cè)定方法其一采用ys/t 361-2021 純鉑中雜質(zhì)元素的發(fā)射光譜分析，其二采用附錄 a 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法。其中直流電弧發(fā)射光譜法需要用鉑基體配制粉末標(biāo)樣，需要消耗大量的鉑基體且鉑基體制備困難，此方法已很少在用,多用icp-aes 法，但 icp-aes 法滿足不了高純鉑所需檢測(cè)下限。研究的 icp-ms 法

3、檢測(cè)限較低，但對(duì)試劑、環(huán)境要求較高，易被污染，同時(shí)基體濃度不宜太高。在固體直接進(jìn)樣方式中，la-icp-ms 的元素分餾效應(yīng)影響了其準(zhǔn)確度和精密度，ssms 作為早期的一種固體進(jìn)樣質(zhì)譜分析方法，精度低，設(shè)備龐大，分析成本高，也逐漸被 gd-ms 所取代 9 。作為 20 世紀(jì)后期發(fā)展起來的重要無機(jī)質(zhì)譜分析技術(shù)，gd-ms 是目前被公認(rèn)的對(duì)固體材料直接進(jìn)行痕量及超痕量元素分析最有效的分析手段之一 10 。主要應(yīng)用于高純度材料的痕量和超痕量雜質(zhì)元素分析，是國(guó)際上高純金屬、合金、稀貴金屬、濺射靶材等材料中雜質(zhì)元素分析的重要方法之一，在日本 11 和歐美國(guó)家應(yīng)用較為成熟和廣泛。 gd-ms 的方法原理

4、是將高純?cè)嚇影惭b到儀器樣品室中作為陰極進(jìn)行輝光放電，其表面原子被惰性氣體（例如：高純氬氣）在高壓下產(chǎn)生的離子撞擊發(fā)生濺射，濺射產(chǎn)生的原子被離子化后，離子束通過電場(chǎng)加速進(jìn)入質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)定。在每一待測(cè)元素選擇的同位素質(zhì)量處以預(yù)設(shè)的掃描點(diǎn)數(shù)和積分時(shí)間對(duì)應(yīng)譜峰積分，所得面積為譜峰強(qiáng)度。根據(jù)強(qiáng)度比與濃度比的關(guān)系計(jì)算得到被測(cè)元素含量。 試驗(yàn)通過調(diào)節(jié) gd-ms 儀器參數(shù)，確定最佳工作條件,對(duì)基質(zhì)元素及共存元素質(zhì)譜干擾進(jìn)行分析討論，測(cè)定高純鉑中七十種雜質(zhì)元素含量，其中含量在 110 -5 %（0.1g/g）以上的結(jié)果，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=7）小于 20%，大多數(shù)元素的常規(guī)分析檢測(cè)限在 0.0010.005g

5、/g，方法準(zhǔn)確度驗(yàn)證通過測(cè)定試樣中主要元素與 icp-aes 法及 icp-ms 法進(jìn)行比較，結(jié)果一致性好。 1 實(shí)驗(yàn)部分 1.1 主要儀器與 試劑 材料 astrum 輝光放電質(zhì)譜儀（英國(guó) nu 儀器公司）；高純鉭片或鉭棒（ ta 99.99%）；高純銦（ in 99.99999%）；硝酸（優(yōu)級(jí)純）；鹽酸（優(yōu)級(jí)純）；無水乙醇（優(yōu)級(jí)純）；超純水（電阻率為 18.25mcm）；高純氬氣（體積分?jǐn)?shù)大于 99.995%）；液氮（-170）。 1.2 儀器工作參數(shù) 調(diào)節(jié) 按表 1 用鉭對(duì)儀器測(cè)定條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)放電氣體流量 gas 值，使放電電流 i 值達(dá)到設(shè)定值 2.00ma，同時(shí)使放電電壓 u 值

6、在 9001100v 之間，再調(diào)離子提取電壓、源電壓等使鉭的有效離子強(qiáng)度信號(hào)達(dá) 10 -10 a(電子計(jì)數(shù)值 10 9 cps)以上、同時(shí)分辨率達(dá) 4000 以上。用鉭測(cè)定電子倍增器與法拉第杯檢測(cè)器離子計(jì)數(shù)效率 ice 值必須大于 75%。進(jìn)行質(zhì)量峰位置校正。測(cè)定鉑樣品時(shí)參照以上依次調(diào)節(jié)各參數(shù)，使鉑的有效離子強(qiáng)度信號(hào)達(dá)到 10 -10 a 以上，分辨率達(dá) 4000 以上。 表 表 1 輝光放電質(zhì)譜儀 主要 工作參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 放電電流/ma 2.00 放電電壓/v 9001100 放電氣體流速/(ml/min) 100800 離子源正極電壓/v 5999.90 離子提取電壓/v 440048

7、00 垂直方向源電壓/v -100+100 水平方向源電壓/v -100+100 電子倍增器電壓/v 20213000 放電池溫度/ -170 1.3 分析元素同位素選擇及分辨率 分析元素同位素首選豐度高、干擾少的。大多數(shù)元素質(zhì)譜干擾可以在中分辨率 4000 的條件下分離。低溫液氮冷卻離子源型儀器，在-170放電池中可將氣體雜質(zhì)盡可能地冷卻在池壁上，減少離子碰撞和電離的機(jī)會(huì)，將氣體干擾降到最低。各測(cè)定元素同位素選擇見表 2。 表 表 2 測(cè)定元素及同位素 元素 名稱 同位素 元素 名稱 同位素 元素 名稱 同位素 li 鋰 7 se 硒 82 eu 銪 153 be 鈹 9 rb 銣 85 g

8、d 釓 158 b 硼 11 sr 鍶 88 tb 鋱 159 na 鈉 23 y 釔 89 dy 鏑 164 mg 鎂 24 zr 鋯 90 ho 鈥 165 al 鋁 27 nb 鈮 93 er 鉺 166 si 硅 28 mo 鉬 95 tm 銩 169 p 磷 31 ru 釕 101 yb 鐿 174 k 鉀 39 rh 銠 103 lu 镥 175 ca 鈣 44 pd 鈀 105 hf 鉿 178 sc 鈧 45 ag 銀 109 ta 鉭 181 ti 鈦 48 cd 鎘 111 w 鎢 184 v 釩 51 in 銦 115 re 錸 187 cr 鉻 52 sn 錫 119

9、os 鋨 189 mn 錳 55 sb 銻 121 ir 銥 191 fe 鐵 56 i 碘 127 au 金 197 co 鈷 59 te 碲 128 hg 汞 202 ni 鎳 60 cs 銫 133 tl 鉈 205 cu 銅 63 ba 鋇 138 pb 鉛 208 zn 鋅 66 la 鑭 139 bi 鉍 209 ga 鎵 69 ce 鈰 140 th 釷 232 ge 鍺 70 pr 鐠 141 u 鈾 238 as 砷 75 nd 釹 142 / / / br 溴 79 sm 釤 152 / / / 1.4 試驗(yàn) 方法 1.4.1 常規(guī)樣品制備 常規(guī)棒狀或片狀金屬樣品，制備成直徑約 2mm