icp等离子体原子发射光谱仪 电感耦合等离子光谱分析仪

钢研纳克江苏检测技术研究院有限公司

电感耦合等离子体发射光谱法测定工具钢切削废料中的多种元素
高速钢是高速工具切削钢的简称，含钨、钼、钒、铬等贵重合金元素17~23%。然而在制造工具的过程中，材料利用率较低，近半变成了废料，其中金属料（钢屑、料头）占55%，非金属料（氧化铁皮、磨削废料）占5%。料头的回收利用比较容易，钢屑的回收利用则比较困难，而高速钢磨削废料及氧化铁皮的回收利用则非常麻烦。追究其原因，主要是废料种类不同，成分混杂，难以作为原料直接利用。针对上述现状本实验采用电感耦合等离子体发射光谱法对工具钢切削废料的主量元素进行测定，并优化了样品前处理方法和仪器参数，测试数据可靠，结果满意，满足工具钢切削废料客户的需求。
1 实验部分
1.1 主要仪器及工作条件
Plasma 2000型全谱电感耦合等离子体发射光谱仪（钢研纳克技术有限公司）。功率1200/1400W；冷却气流量14 L/min，辅助气流量0.5 L/min，载气流量0.5 L/min，蠕动泵泵速20 r/min。
1.2 主要试剂
Cr、Al、W、Mo、Co、Si、V、P标准储备溶液（国家钢铁材料测试中心）：1000 μg/mL；试剂：、浓盐酸、氢氟酸、双氧水、浓硫酸、磷酸，优级纯。实验用水为电阻率大于18 MΩ·cm-3的**纯水；氩气（北京诚维峰气体有限公司）：纯度大于 99.995 %。
1.3 实验方法
1.3.1 样品的前处理
硫磷酸烟法：称取0.1000g样品置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，先加5ml浓盐酸，待溶液不再反应时加入2ml（此时反应同样会生成气体），待反应结束后，逐滴加2ml过氧化氢，加热溶解。待反应不再进行时，加入2ml硫酸和1ml磷酸350℃冒烟近干。冷却2min加5ml硝酸回溶，冷却后加入2ml氢氟酸，转移定容至100ml塑料瓶，过滤待测。该方法可测Cr、Al、W、Mo、Co、Si、V元素。
微波消解法：准确称取0.2g样品到洗净的微波消解罐中，先加入5ml浓盐酸，待溶液不再反应时加入2ml（此时反应同样会生成气体），待反应结束后，加入1ml过氧化氢和2ml氢氟酸，立即封好微波消解罐，装入消解仪。消解过程采用梯度升温，120℃（5min），150℃（5min），180℃（5min），200℃（30min），程序结束冷却至45℃以下取出，转移至50ml塑料容量瓶，消解罐用少量去离子水冲洗3次（如果转移时消解罐中有粘稠样品附着在罐壁上，可加入1ml氨水摇晃冲洗），同样转移至容量瓶，定容摇匀过滤。该方法适合测P元素，准确度要求不高的情况下也可以测Cr、Al、W、Mo、Co、Si、V元素。
1.3.2 标准溶液系列的配制
加5ml硝酸和2ml氢氟酸，所有元素水标测定。
表1 标准曲线含量（%）
元素 S0 S1 S2 S3 S4 S5
W 0 1 3 5 7
Mo 0 1 3 4 5 7
Al 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Si 0 0.25 0.5 0.75 1 1.5
V 0 0.5 1 1.5 2
Co 0 0.2 0.5 0.8 1 2
Cr 0 1 2 3 4 6
P 0 0.01 0.02 0.04 0.08
2 结果与讨论
2.1 样品前处理方法的选择
单独溶解工具钢可采用盐、硝酸溶解，硫磷混酸冒烟的方法。工具钢切削废料的组成主要为工具钢粉末，并混有磨具碎渣和**灼烧残渣。因此在溶解工具钢的方法基础上，尝试优化前处理方法溶解试样。首先分别加入浓盐酸、或王水溶解样品，结果发现硝酸和王水很难溶解样品（有钝化迹象，加酸溶液不变色），并且无法处理**残渣。原因是工具钢切削废料粉末经过高温灼烧，被烘干、氧化，试样表面形成氧化膜。因此采用盐酸或稀硝酸（水与酸的比例大于3:1）可以部分溶解试样。该步骤不再反应可适当蒸干溶液，加入5ml双氧水，目的是增强氧化性，除去**残渣。
在溶液中加入2ml硫酸和1ml磷酸冒烟，除了进一步增强氧化性溶解试样，硫酸可以溶解并稳定Mo元素，磷酸可以稳定氧化后的W，保证待测元素都能够有效消解。冒烟至近干后加入回溶，冷却后加入氢氟酸，目的是溶解Si，并起到稳定Mo和W的作用。
硫磷混酸的方法可以有效溶解工具钢切削废料，但会引入大量磷元素，影响试样中磷的测定。采用微波消解的方法溶解样品，称取样品到消解罐，先加入浓盐酸，待溶液不再生成气泡时加入2ml。整个过程消解罐保持敞开，释放反应生成的大量气体。氢氟酸主要起到溶解Si、Mo和W的作用。加入氢氟酸后立即密封消解罐，消解完成冷却至40℃取出，以免硅损失。转移时，消解罐底部会附着残留一层溶液，无法用水和酸冲洗，推测是钨钼水解的产物，可使用氨水等碱性物质溶出，一并转移至容量瓶中，定容待测。
2.2 仪器参数的选择
射频功率对待测元素谱线和背景强度影响较大。试验分别选用1.1、1.2、1.3、1.4 kw的功率进行试验，对试剂空白的信背比值与待测样品进行测定。结果表明，功率1.2 kw时，主量待测元素谱线强度的信背比值，数据稳定性，但此时P元素强度较弱。当功率达到1.4kw时，P在200nm以下的177和178谱线信背比较好，但不适合测定主量元素。终确定P的测试功率为1.4kw，其他元素测试功率为1.2kw。
2.3 谱线的选择
充光室气的情况下，P的177和178谱线均可用，213有Fe干扰。各元素优分析谱线如表2所示。
表2 元素分析谱线
元素 波长nm
Al 396.152
Co 228.616
Cr 267.716
Mo 202.030
Si 251.612
V 310.230
W 207.911
P 177.499
2.4 校准曲线
按照仪器设定的工作条件对标准溶液系列进行测定，以待测元素质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制校准曲线，结果见表3。各元素所选谱线线性良好。
表3 元素的线性回归方程
元素 线性回归方程 相关系数
Al y=8499.3x+1768.3 0.9998
Co y=10925.3x+1401.0 0.9994
Cr y=24806.6x+14312.7 0.9996
Mo y=1914.4x+692.6 0.9990
Si y=8212.2x+14548.5 0.9994
V y=47177.8x+7721.8 0.9999
W y=2111.1x+774.9 0.9998
P y=86.85x+15.67 0.9996
3 样品分析
按照实验方法测定客户切削废料的元素含量，按照两种不同的方法进行试验，结果见表4、表5。Al、Si数据平行性不好，推测原因是样品均匀性的问题。通过试样溶解情况和终结果发现，微波消解对样品的溶解更加彻底。
表4 微波消解法测试结果
元素 Al Co Cr Mo Si V W P
样品1 0.35 0.94 3.50 3.95 0.56 1.58 4.81 0.048
样品2 0.27 0.94 3.34 3.88 0.49 1.55 4.75 0.035
样品3 0.34 0.96 3.46 3.98 0.49 1.56 4.86 0.042
表5 硫磷混酸法测试结果
元素 Cr Al W Mo Co Si V
1# 3.64 0.432 4.45 3.52 1.17 0.641 1.49
2# 3.58 0.510 4.39 3.45 1.16 0.689 1.46
4 结论
采用Plasma2000型全谱电感耦合等离子体光谱仪测定工具钢切削废料中主量元素含量，分析结果准确，数据稳定，满足客户的需求。

1
Plasma1500
电感耦合等离子体发射光谱仪测定高纯石墨中的 9 种痕
量杂质元素
关键词
Plasma1500 ICP OES 高纯石墨 痕量杂质 元素 ，全谱瞬态直读
引言
石墨是我国优势非金属矿产之一，其储量和产销量居世界**。石墨系列产品已经广泛应用
于 冶金、
机械、电子、化工、轻工、**、*及耐火材料等行业，是当今科技发展必不可少的重要非金属原料。
高科技的快速发展对石墨原料的纯度要求越来越高，相应 地 如何 准确测定高纯石墨中痕量元素杂质的方
法 亟待解决 。我国于 2008 年制定了石墨化学分析方法国家标准 GB/T3521 2008 ，但 项目 仅包括石墨产
品中水分、挥发分、固定碳、硫和酸溶铁的分析 。 目前，快速 测定高纯石墨中多种痕量杂质元素的 要求 越
来越迫切 。本文通过实验研究，建立了 基于国产单道扫描电感耦合等离子体发射光谱仪 快速、准确测定高
纯石墨中 9 种 痕量杂质元素的分析 方法。
仪器特点
Plasma 1 500 电感耦合等离子体发射光谱仪 （钢研纳克技术 股份 有限公司）是一种使用方便、操作
简单、测试快速的 单道扫描 ICP OES 分析仪，具有良 好的分析精度和稳定性。 仪器特点如下：
➢ 1. 分析流程全自动化控制，实现软件点火、气路智能控制功能； ➢ 2. 输出功率自动匹配调谐，功率参数程序设定； ➢ 3. 优良的光学系统，先进的控制系统，保证峰位定位准确，信背比优良； ➢ 4. 较小的基体效应； ➢ 5. 测量范围宽，**微量到常量的分析，动态线性范围5—6个数量级； ➢ 6. 检出限低，大多数元素的检出限可达ppb级； ➢ 7. 良好的测量精度，稳定性相对标准偏差RSD≤1.5%（5ppm），优于国家A级标准（JJG768-2005）； ➢ 8. Rf输出功率的范围750-1500W，输出功率稳定性小于0.1%； ➢ 9. 光电倍增管的负高压可在0-1000V范围内独立可调，可根据不同元素的不同谱线单独设置条件，和全谱仪器比较有更好的检出限； ➢ 10. 纳克仪器采用高屏蔽和良好接地保证操作者的安全； ➢ 11. 高精度的光室恒温系统，保证仪器优良的长短期精度； ➢ 12. 多通道蠕动泵进样，保证仪器进样均匀，工作稳定； ➢ 13. 使用钹铜弹片和特殊处理的屏蔽玻璃，在吸收紫外线同时使仪器辐射小于2V/m（JJG768-2005规定小于10V/m）。
2
➢ 14. 具有较高的谱线分辨率，能分出Hg31*4 和313.183nm 双线谱线，能分出铁的四重峰。
➢ 15. 人性化的软件设计，操作方便，终身免费升级。功能强大、友好的人机界面分析软件,可在测定过程中，进行数据处理，方法编制和结果分析，是真正的多任务工作软
件；该软件数据处理功能强大，提供了多种方法，如内标校正、IECS 和QC 监测功能等，可获得的背景扣除点以消除干扰；对输出数据可直接打印或自动生成Excel
格式的结果报告。
样品前处理
样品溶解图解
称取1.0g 样品高纯石墨于铂金坩埚中
马弗炉中950℃灼烧约4 小时至完全
灰化，冷却后取出铂金坩埚
在铂坩埚中加入3 ml 硝酸，于电热板
上稍微加热
稍冷后滴加1 ml 氢氟酸
冷却后转移至100 ml 塑料容量瓶中
定容
3
仪器参数
仪器工作参数 设定值 仪器工作参数 设定值
功率／W 1150 辅助气流速／L·min-1 0.5
冷却气流速／L·min-1 13.5 蠕动泵转速/rpm 20
载气流速／L·min-1 0.15 进样时间/s 25
分析结果
采用加标回收率法进行了本文的准确度实验。按上述实验方法和选定的仪器条件，称样后准确加入各
待测元素10 μg/L，进行加标回收率实验，结果列于表1，回收率在98%到104%。
4
结论
本文建立了ICP-AES 快速测定高纯石墨中9 种痕量杂质元素的方法。该法灵敏度高、结果准确、
分析速度快，适合高纯石墨产品中多种杂质元素的快速分析，是高纯石墨中多种杂质元素的理想方法。
仪器优点
➢ 1. 分析流程全自动化控制，实现软件点火、气路智能控制功能；
➢ 2. 输出功率自动匹配调谐，功率参数程序设定；
➢ 3. 优良的光学系统，先进的控制系统，保证峰位定位准确，信背比优良；
➢ 4. 较小的基体效应；
➢ 5. 测量范围宽，**微量到常量的分析，动态线性范围5—6 个数量级；
➢ 6. 检出限低，大多数元素的检出限可达ppb 级；
➢ 7. 良好的测量精度，稳定性相对标准偏差RSD≤1.5%（5ppm），优于国家A 级标准（JJG768-2005）；
➢ 8. Rf 输出功率的范围750-1500W，输出功率稳定性小于0.1%；
➢ 9. 光电倍增管的负高压可在0-1000V 范围内独立可调，可根据不同元素的不同谱线单独设置条件，和全谱仪器比较有更好的检出限；
➢ 10. 纳克仪器采用高屏蔽和良好接地保证操作者的安全；
➢ 11. 高精度的光室恒温系统，保证仪器优良的长短期精度；
➢ 12. 多通道蠕动泵进样，保证仪器进样均匀，工作稳定；
➢ 13. 使用钹铜弹片和特殊处理的屏蔽玻璃，在吸收紫外线同时使仪器辐射小于2V/m（JJG768-2005 规定小于10V/m）。
➢ 14. 具有较高的谱线分辨率，能分出Hg31*4 和313.183nm 双线谱线，能分出铁的四重峰。
➢ 15. 人性化的软件设计，操作方便，终身免费升级。功能强大、友好的人机界面分析软件,可在测定过程中，进行数据处理，方法编制和结果分析，是真正的多任务工作软
件；该软件数据处理功能强大，提供了多种方法，如内标校正、IECS 和QC 监测功能等，可获得的背景扣除点以消除干扰；对输出数据可直接打印或自动生成Excel
格式的结果报告。

Plasma 1000测定大米中的19种主量微量无机元素
前言
大米中除了含Mg、Fe、Zn、Se、Cu、Mn、Ca、K、Na等有益的无机元素外，同时还可能含有Cd、Pb、Hg等重金属元素，这些有害元素主要来源于工业和矿厂对土壤和水的污染。2007年的调查结果发现，全国六个地区(华东、东北、华中、西南、华南和华北)的县级以上市场随机采购的91个大米样品，有10%左右的样品中Cd的含量**标。大米中无机元素的，国标方法以光度法、原子吸收和原子荧光为主，这些方法在应对大米中多元素时比较费时，而一般的发射光谱法虽然可以解决多元素同时测定的问题，但由于食品中重金属含量较低，灵敏度满足不了需求。
钢研纳克公司生产的高分辨率顺序扫描型ICP-AES光谱仪具有灵敏度高、检出限低、多元素同时测定的特点，采用Plasma 1000型顺序扫描光谱仪测定了大米中的17种主量及微量元素，测定结果与参考值一致。　
实验
本实验对GBW 10044(GSB-22 四川大米)、GBW 10045(GSB-23 湖南大米)国家标准物质进行了测定。
样品前处理
准确称取2.000g试样，加硝酸5mL，双氧水2mL，低温（80℃）预消解样品，待样品激烈反应完后，补加5mL硝酸，放入微波炉中，180℃消解15min，25mL容量瓶定容。
仪器
Plasma1000型电感耦合等离子体原子发射光谱仪简称ICP-AES，是我公司推出的单道顺序扫描光谱仪，本应用报告的所有测量结果均来自这种ICP光谱仪。相对于由中阶梯光栅分光系统和固体器组成的ICP光谱仪(即全谱仪)，单道顺序扫描光谱仪具有更低的检出限，更高的分辨率和灵敏度，较小的基体效应，同时此仪器配备功能强大界面友好的分析软件，友好的人机界面，强大的数据处理功能，对输出数据可随机打印,也可自动生成Excel格式的结果报告。仪器的工作参数见表1：
表1 Plasma 1000 ICP-AES操作参数
仪器参数 数值
功率 1.15 Kw
冷却气流量 18.0 L/min
辅助气流量 0.8 L/min
载气流量 0.2 MPa
蠕动泵泵速 20 rpm
观测高度 12 mm
分析结果
方法的检出限：
由消解空白的3倍标准偏差测定方法的检出限，选择的分析波长和方法的检出限见表2。
表2 Plasma 1000 ICP-AES元素波长及方法的检出限（µg/g）
大米样品分析
对GBW 10044(GSB-22 四川大米)、GBW 10045(GSB-23 湖南大米)标准样品中19种主量、微量、痕量元素进行分析，分析结果见表3，结果表明，大部分元素分析结果与标准样品参考值一致，说明此方法准确、可靠。
元素 波长/nm 检出限（µg/g） 元素 波长/nm 检出限（µg/g）
Cd 214.438 0.01 Fe 259.940 0.03
Zn 206.200 0.02 Cu 224.700 0.02
Cr 267.716 0.002 Ba 455.403 0.04
Pb 220.353 0.1 Sr 407.771 0.004
Y 371.030 0.004 Al 394.401 0.05
Mo 202.030 0.08 P 213.618 0.5
Rb 421.556 0.004 Mg 279.553 0.04
B 249.678 0.008 Ca 393.366 0.002
Ni 231.604 0.002 Hg 214.438 0.01
Mn 257.610 0.006
大米中19种元素结果及对照
元素及波长 Cd214.438 Zn206.200 Cr267.716 Pb220.353 Y371.030
四川大米（µg/g） 0.019 14.8 0.17 0.10 0.21
参考值及不确定度（µg/g） 0.018（0.002） 14.6(0.6) 0.17(0.05) 0.09（0.03） 0.22(0.05)
湖南大米（µg/g） 0.19 14.4 0.15 0.09 0.20
参考值及不确定度（µg/g） 0.19（0.02） 14.4(0.8) 0.14 0.07(0.02) 0.20(0.03)
元素及波长 Mo202.030 Rb421.556 B208.893 Ni231.604 Mn257.610
四川大米（µg/g） 0.62 0.28 1.04 0.22 11.3
参考值（µg/g） 0.61（0.03） 0.29(0.06) 1.06（0.08） 0.21（0.06） 11.5（0.5）
湖南大米（（µg/g）） 0.886 4.20 0.51 0.31 8.7
参考值及不确定度（µg/g） 0.89（0.06） 4.0(0.3) 0.58（0.13） 0.31（0.04） 9.0（0.4）
元素及波长 Fe238.204 Cu224.700 Ba233.527 Sr421.600 Al394.401
四川大米（µg/g） 13.2 2.50 0.77 0.28 <0.05
参考值及不确定度（µg/g） 14.4(2.0) 2.6(0.1) 0.75(0.09) 0.29(0.05) -
湖南大米（（µg/g） 6.0 2.43 0.48 0.18 <0.05
参考值及不确定度（µg/g） 6.3(2.0) 2.4(0.2) 0.50 (0.08) 0.16(0.03) -
元素及波长 P213.618 Mg279.553 Ca393.366 Hg214.438
四川大米 1.7 0.53 0.14 <0.01
参考值及不确定度（mg/g） 1.6(0.1) 0.53(0.02) 0.13(0.02) -
湖南大米 1.1 0.25 0.11 <0.01
参考值及不确定度（mg/g） 1.0(0.1) 0.25(0.01) 0.10(0.01) -
6 结论
纳克生产的高分辨率顺序扫描ICP光谱仪，相对于中阶梯光栅和固体器相结合的全谱仪，具有更低的检出限，更高的分辨率和灵敏度，较小的基体效应，用于分析食品中的痕量、**痕量元素较具优势。
本方法通过简单、快速的硝酸、双氧水消解，使用纳克的Plasma 1000对大米中的无机元素Cd、Zn、Cr、Pb、Y、Mo、Rb、B、Ni、Mn、Fe、Cu、Ba、Sr、Al、P、Mg、Sn、Ca、Hg等进行了分析，各元素的测定值与标准值基本吻合，对于快速大米中的无机元素具有重要意义。

Plasma 2000型ICP-OES开关机操作规程
开机：
步：确认配电箱中主电源供电正常，ICP-AES仪器主机电源、电脑电源及循环水箱电源的插座供电正常，摘除风帽，检查、清理废液桶。
第二步：打开循环水箱电源开关。
第三步：打开仪器前面板电源开关。
第四步：打开气瓶阀门，调节分压为0.6MPa~0.7MPa。
第五步：打开排风扇。
第六步：打开电脑中Plasma 2000操作软件。检查进样系统完整性，安装蠕动泵管，点击按 钮使蠕动泵旋转，查看进液、排液是否流畅。流畅后点击 按钮使蠕动泵停止。
第七步：点击点火 按钮进行点火。（注意！！！点击 之后，操作人员一定不要离开仪器，可以点击熄火 按钮使熄火对话框弹出，保证点火过程一旦出现异常情况能够随时熄火。）
关机：
步：依次用稀硝酸和去离子水冲洗进样系统5min后，点击 按钮进行熄火。
第二步：关闭仪器前面板窗口中电源。
第三步：松开蠕动泵管。
第四步：关闭气瓶阀门。
第五步：关闭排风扇，盖上风帽，定期检查清理废液桶。
第六步：关闭循环水箱电源开关。
第七步：退出Plasma 2000操作软件并关闭电脑。