单道扫描光谱仪 国内ICP仪 钢研纳克

ICP光谱法测定镨钕合金中的杂质元素
1 前言
以氧化镨钕为原料,经熔盐电解法生产的镨钕合金，主要用作钕铁硼等永磁材料的原料。随着稀土市场的不断发展, 人们对磁性材料的开发利用已由钕合金材料转为镨钕合金材料, 打破了金属钕独占磁性材料( NdFeB) 的地位, 使得很多稀土厂家由生产纯钕产品改为生产镨钕富集物产品, 因而对镨钕产品的稀土杂质分析显得尤为重要。电感耦合等离子体原子发射光谱法在稀土分析中已经得到广泛应用，由于稀土谱线较为丰富, 因此光谱干扰给稀土分析带来很大困难, 尤其是在高纯稀土的痕量分析中其光谱干扰更为严重。镨钕合金由于受镨和钕双重基体的影响，光谱干扰更加复杂，进行光谱分析时谱线选择是的难题。
2
仪器简介
Plasma1000型电感耦合等离子体原子发射光谱仪是纳克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，更适合测定光谱干扰比较严重的稀土元素，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。
3
样品制备
3.1 准确称取0.1000g试样于150mL烧杯中，加盐酸10mL，低温电热炉上加热溶解样品，待样品溶解完后，冷却至室温，转移到100mL容量瓶，加水定容至刻度，此溶液用于测量除镨钕以外其他稀土元素；
3.2 准确分取20mL 1.3.1的原溶液于100100mL容量瓶中，补加盐酸5mL,加水定容至刻度，此溶液用于测量镨和钕元素。
4 仪器参数
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 L/min,蠕动泵
泵速20 rpm,观测高度距功率圈上方12 mm，同轴玻璃气动雾化器，进口旋转雾室，三层同
轴石英炬管，中心管2.0 mm。
5 分析结果
5.1 工作曲线
根据纯溶液中杂质元素谱线的检出限、信背比以及不同稀土基体时的背景相当浓度值和
扫描图综合考虑, 选择出适合镨钕基体中的稀土元素分析的分析线作为本实验的考察
谱线，终选定的谱线列于表1中。
表1 Plasma 1000 仪器上各稀土元素的分析谱线
分析元素 �分析线/ nm 分析元素 �分析线/ nm
La 333.749 Er 337.271
Ce 413.380 Tm 346.220 313.126
Pr 422. 535 414.311 Yb 328.937 369.419
Nd 415. 608 401. 225 Lu 261.542 291.139
Sm 360.949 442.434 Y 371.030 324.228
Eu 412.970 272.778 Dy 340.780
Gd 342.247 335.047 Ho 347.426 345.600
Tb 350.917 367.635
5.2 检出限
本实验测定了 15 个稀土元素在镨钕基体中对表1 所选的分析线估算了检出限，估算结
果列于表2。检出限公式如下:
式中 I n/ I b 为分析物的净强度和背景强度比; C 为产生 I n/ I b 的分析物浓度。目前稀土行
业内镨钕合金的标准要求除镨和钕外，其它稀土杂质的含量均要求在0.05%以下，表 2
结果表明，
结果表明，Plasma 1000Plasma 1000型仪器灵敏度完全满足目前稀土行业测定镨钕合金中的稀土元素的型仪器灵敏度完全满足目前稀土行业测定镨钕合金中的稀土元素的需求。需求。
表
表 22 各谱线检出限比较各谱线检出限比较
6 结论
纳克生产的Plasma 1000高分辨率光谱仪与普通分辨率光谱仪相比, 背景相当浓度值和光谱干扰程度**降低, 因而提高了检出能力和分析结果的准确度,在以稀土为主要共存物的痕量稀土分析中具有明显优势。Plasma 1000顺序扫描ICP光谱仪分辨率和灵敏度完全满足当前稀土行业对镨钕合金的测定要求。

ICP-OES法测定工业硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti的含量
工业硅是一种重要的工业原料，广泛应用于冶金、化工、电子等行业。其中杂质含量的存在严重影响工业硅的品质，如其通常按金属硅成分所含的铁、铝、钙三种主要杂质的含量来分类。根据国标GB/T 2881-2014 工业硅要求，对其常规元素Fe、Ca、Al及微量元素B、P、Ti做出了要求。本文采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定工业硅中杂质，方法快捷简单，结果准确，适用于工业硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti的含量测定。
使用仪器：钢研纳克江苏技术研究院有限公司 Plasma 1000 电感耦合等离子体发射光谱仪
Plasma 1000 电感耦合等离子体发射光谱仪
仪器特点：
优良的光学系统，**的控制系统，**峰位定位准确，信背比优良；
RF输出功率的范围750-1500W，输出功率稳定性小于0.1%；
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。
Plasma 1000工作条件
载气流量（L/min） 辅助气流量（L/min） 冷却气流量（L/min）
0.6 2 15
RF功率（W） 光栅刻线 蠕动泵转速（rpm）
1250 3600条/mm 20
实验方法
称取一定量工业硅样品，加入一定比例的混酸，使用微波消解仪消解。待样品冷却后取出，定容至100ml容量瓶待测。
分析谱线的选择
表2 Plasma 1000谱线选择
元素 B Al Ca
谱线（nm） 249.678 396.152 396.847
元素 Fe P Ti
谱线（nm） 238.204 213.618 336.122
标准曲线绘制
B、Al、Ca、Fe、P、Ti标准溶液（国家钢铁材料测试中心，1000μg/mL）
配制曲线浓度如表3 ，线性相关系数大于0.999。
表3 标准曲线浓度（μg/mL）
元素名称 标准1 标准2 标准2 标准3 标准4
B 0 0.1 0.5 1 5
Al 0 1 5 10 20
Ca 0 0.1 0.5 1 5
Fe 0 10 20 50 100
P 0 0.1 0.5 1 10
Ti 0 0.5 1 5 10
方法检出限
表 3 方法检出限（%）
元素 B Al Ca
检出限 0.00003 0.000061 0.0003
元素 Fe P Ti
检出限 0.000051 0.00138 0.00006
测定结果及加标回收率
在实际样品中加入被测元素，其加标回收率93.9%-114.6%为之间，满足定量要求。
表4 实际样品分析结果（%）
元素 样品测定值 加入量 加标测定值 加标回收率%
B 0.0022 0.002 0.0040 93.9
Al 0.1057 0.2 0.3166 105.4
Ca 0.0253 0.05 0.0810 111.5
Fe 0.6139 0.5 1.1867 114.6
P 0.0055 0.01 0.0158 102.9
Ti 0.0455 0.05 0.0995 108.0
结论
本方法采用plasma 1000电感耦合等离子体发射光谱仪测定工业硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti的含量，方法检出限为0.00003%-0.00138%之间，加标回收率介于93.9%-114.6%之间，适用于工业硅中B、Al、Ca、Fe、P、Ti等元素的。

微波消解-ICP光谱法测定氮化硅(氮化硅铁)中的多种微量元素
钢研纳克应用研究中心
氮化硅陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐磨性能和*特的电性能，被广泛应用于航天**、机械工程、通讯、电子、汽车、能源、化工生物等领域。然而我国产品技术及质量整体水平较低，其主要原因就是粉料的性能不稳定，杂质含量较高，无法生产出性能优良的氮化硅陶瓷。这是我国生产的氮化硅粉末不能在结构陶瓷中广泛应用的障碍。目前，氮化硅粉料的主要研究方向是高纯、**细、无团聚、粒度分布窄的粉料制备技术；粉料中微量掺杂元素对陶瓷性能的影响；粉料颗粒尺寸、形貌、流动性与成型堆积密度的关系。因此，准确测定氮化硅粉末的微量元素十分重要。
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高纯氮化硅粉体的微量元素进行测定，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，重复性好，满足客户的需求。
1 实验部分
1.1 主要仪器及工作条件
Plasma 1000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）。冷却气流量15 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
Ca、Fe、Zr、Mg、Cu、Mn、Al标准储备溶液（国家钢铁材料测试中心）：1000 μg/mL；试剂：、氢氟酸，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
微波消解法：准确称取0.2g样品置于100ml消解罐，加入9ml氢氟酸和3ml ，密封好装入微波消解仪。消解过程采用梯度升温，条件120℃（5min），150℃（5min），180℃（5min），200℃（30min），程序结束冷却至45℃，按上述条件重新消解一遍，冷却40℃以下取出转移至聚四氟乙烯烧杯中，加热蒸掉多余的硅和氢氟酸，冷却定容至50ml塑料瓶。
1.3.2 标准溶液系列的配制
加1ml硝酸和2.5ml氢氟酸，无基体，所有元素水标测定。
表1 标准曲线含量（ug/g）
元素 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6
Ca、Fe、Zr、Mg、Cu、Mn、Al 0 2.5 5 10 20 50 100
2 结果与讨论
2.1 样品前处理方法的选择条件限制
分解氮化硅的方法有两种：高温碱熔和高压反应釜。试验首先尝试了高温碱熔的方法，称取0.25g样品于镍坩埚，加入2g优级纯NaOH作为碱熔溶剂，放置在马弗炉中650℃保温15min，冷却后取出转移至聚四氟乙烯烧杯，使用硝酸酸化，然后加入5ml氢氟酸和1ml高氯酸冒烟至近干，冷却硝酸回溶，定容至50ml容量瓶。结果发现，氢氧化钠碱熔能有效溶解样品，硝酸酸化也能得到澄清溶液，但加入氢氟酸和高氯酸冒烟后生成大量沉淀（晶体状），加硝酸不能回溶，二次冒烟也不能有效除去沉淀。此外，氮化硅样品杂质含量过低，碱熔方法引入杂质较多，不利于低含量元素测定。综合上述两点，不建议采用高温碱熔方法溶样。
由于本实验室不具备高压反应釜装置，因此采用微波消解法处理样品，条件如1.3所述。微波消解一次很难完全溶解样品，实验采用连续两次消解的方法基本能够完全溶解，说明微波消解处理氮化硅样品的效率并不高。由此可见，使用硝酸和氢氟酸加压溶解氮化硅时，决定样品消解效果的不仅包括压力和温度，足够长的反应时间也非常重要。此外，微波消解相比高压罐成本更高，因此如果现场有条件，采用高压罐消解的方法，选用氢氟酸和硝酸在150-180℃加压溶解样品。
2.2 仪器参数选择
由于待测元素含量较低，需要较高的射频功率和光电倍增管负高压。然而，射频功率和负高压会同时影响待测元素光谱强度和背景值，所以需要选择合适的仪器参数。通过条件试验发现，负高压达到750V后检出效果较好。
2.3 谱线选择
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
Ca 396.847
Cu 324.754
Mn 257.610
Mg 285.213
Fe 238.204
Zr 343.823
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=28.1x+2598.4 0.9999
Ca y=3991.3x+12377.8 0.9999
Cu y=136x+2464.6 0.9999
Mn y=412.9x+1302.2 0.9999
Mg y=236.0x+2032.3 0.9999
Fe y=33.8x+510.9 0.9997
Zr y=197.4x+2484.1 0.9999
2.5 方法检出限
在仪器已优化条件下对标准溶液系列的空白溶液连续测定10次，以3倍标准偏差计算方法中各待测元素检出限如下表4所示。
表4 检出限(μg/g)
Fe Mn Mg Cu Zr Ca Al
3σ 0.5163 0.0588 0.0207 0.6723 0.2757 0.0429 7.5738
10σ 1.721 0.196 0.069 2.241 0.919 0.143 25.246
3 样品分析
按照实验方法测定氮化硅和氮化硅铁的元素含量，结果见表5。由于样品中待测元素含量很低，和计算结果时务必带入样品空白参与计算。
表5 微波消解法测试结果
元素 Zr Al Cu Fe Ca Mg Mn
氮化硅铁 <0.0005 <0.0005 0.0021 0.0054 0.0015 <0.0002 0.0003
元素 Al Cu Fe Ca B Cr Mg Ni P Mn
氮化硅 <0.0002 <0.0005 0.00057 0.00020 <0.0002 <0.0005 0.00011 <0.0002 <0.002 <0.0002
4 结论
采用Plasma1000顺序扫描型电感耦合等离子体光谱仪测定高纯氮化硅中微量元素，前处理部分高压罐消解样品时间更短，反应更彻底，微波消解能溶解样品，但时间较长；Plasma1000检出限低，分析结果准确，数据稳定，满足客户的需求。

Plasma 1000 单道扫描ICP光谱仪可用于地质、冶金、稀土及磁材料、环境、医药卫生、生物、海洋、石油、化工新型材料、核工业、农业、食品商检、水质等各领域及学科的样品分析。可以快速、准确地从微量到常量约70种元素。
Plasma 1000 单道扫描ICP光谱仪
1. 光路形式：Czerny-Turner型 单道扫描ICP光谱仪
2. 光室恒温：(30±0.2)℃
3. 光栅类型：离子刻蚀全息平面光栅
4. 分辨率：不大于0.007nm
5. 刻线密度：3600g/mm
6. 高频发生器震荡频率：40.68MHz 功率稳定度：0.1%（长期25℃典型值）
7. 震荡类型：自激式
8. 进样方式：蠕动泵进样 配有多种雾室（旋流雾室、双筒雾室和耐氢氟酸雾室）
9. 雾化器：同心雾化器
10. 重复性：RSD ≤1.0%
11. 稳定性：RSD ≤2.0%（2小时）
12. 冷却气：10-20L/min
13. 辅助气：0-1.5 L/min
14. 载气：0.4-1L/min
15. 尺寸：1550mm×759mm×1340mm（长×宽×高）
16. 重量：240公斤
Plasma 1000 单道扫描ICP光谱仪仪器特点：
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，**的控制系统，**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**操作者的安全；
11. 高精度的光室恒温系统，**仪器优良的长短期精度；
12. 多通道蠕动泵进样，**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，可获得合适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。

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