電感耦合等離子體原子發射光譜法測定人造金剛石中鐵、鈷、錳、鎳

高光潔子+李艷萍+馮圣雅+謝琰軍+況春江+曹棖??

1 引 言

近年來，我國人造金剛石的產量和應用有了很大的發展。以現有的人造金剛石合成技術，通常以Fe， Ni， Co， Mn等元素組成的合金作為觸媒，這使人造金剛石中極易殘留這些金屬組成的包裹體。諸多研究表明，包裹體含量和分布情況對人造金剛石的性能有著重要影響[1]。經查閱文獻，已有使用X射線熒光光譜法對人造金剛石中雜質元素含量進行半定量分析的報道[2]。電感耦合等離子體發射光譜法（ICP AES）被廣泛應用于巖礦、土壤樣品中多元素分析[3]。本實驗以在大氣氣氛中高溫灰化和混合酸對樣品進行前處理，采用ICP AES測定人造金剛石中Fe， Co， Ni和Mn。本方法操作簡便，處理效果良好。

2 實驗部分

2.1 儀器和試劑 iCAP6300電感耦合等離子體原子發射光譜儀（美國Thermo Fisher公司）；CP64電子天平 （靈敏度0.1 mg， 德國Sartorius公司）。去離子水：電阻率18.2 ΜΩ·cm；HCl， HNO3， HClO4， H2SO4均為GR級；Fe， Co， Ni和Mn標準貯備液： 1000 mg/L（國家鋼鐵材料測試中心）；標準溶液系列：由上述標準貯備液混合成的混合標準溶液逐級稀釋而成，介質為5%（V/V）王水 HClO4 （1∶1，V/V）。

2.2 儀器工作條件和參數 ICP AES工作參數如下：高頻功率1150 W，輔助氣流速0.5 L/min，觀察高度15 mm，泵速50 r/min， 積分時間15 s。

由于樣品中被測元素含量較低，且無基體干擾，所以分析譜線選擇靈敏線即可：Fe 240.488（140），Co 228.616（447），Mn 257.610（131）和Ni 231.604（445）。

2.3 樣品前處理方法 準確稱取1 g（精確至0.0001 g）樣品于80 mL石英燒杯中（顆粒狀樣品應盡量在石英燒杯底部攤開，以利于灰化），放入馬弗爐，在1000 ℃保溫10 h條件下進行高溫灼燒，灼燒過程中適當打開爐門以補充空氣。程序結束后，將帶有樣品灼燒后殘留物的燒杯冷卻至室溫，并從爐中取出。用H2SO4、王水和HClO4對殘留物進行溶解，待殘留物完全溶解后測定。

3 結果與分析

3.1 稱樣量、灼燒溫度及時間的選擇 根據樣品中雜質元素含量，稱取1或2 g樣品。金剛石在氧中加熱到800 ℃以上則燃燒為CO2，在與空氣隔絕的情況下加熱即轉變為石墨[4]。據此， 本實驗在大氣氣氛中選擇3個灼燒溫度（800，900和1000 ℃）和4個灼燒時間（6，8，10和12 h）進行樣品灰化的正交設計試驗。考慮到人造金剛石價格較貴且樣品量有限，確定稱重1 g樣品，在大氣氣氛中1000 ℃灼燒10 h， 作為樣品灰化最佳條件。

3.2 酸溶條件的選擇 樣品經過灼燒后，其殘留物的主要成分是人造金剛石中的雜質元素和極少量碳。殘留物中極少量碳存在的原因是在灼燒過程中，處于石英燒杯底部的樣品無法與空氣完好接觸所致。為了溶解殘留物，比較了酸溶條件。實驗表明，采用先滴加0.2 mL H2SO4，再緩慢加入10 mL王水及5 mL HClO4的方法進行溶樣，本方法速度快，效果好。

3.3 線性范圍、相關系數和檢出限 本實驗配制兩個系列的混合標準溶液，分別用于檢測不同含量的樣品。采用空白

溶液和3個混合標準溶液繪制校準曲線。連續測定空白溶液11次，以其3倍標準偏差計算方法的檢出限。結果見表1。

按照2.3節的方法對人造金剛石樣品進行精密度測定（n=7），相對標準偏差均小于0.5%，表明方法的精密度很好。

3.4 人造金剛石樣品測定結果及加標回收實驗 采用本方法對樣品1#、2#、3#和4#進行測定，同時在北京理化分析測試中心的電感耦合等離子體原子發射光譜儀上進行對比實驗，結果見表2。從表2可見，兩實驗室的測定值符合較好。

由于目前尚無相關的人造金剛石標準物質，為了驗證方法的準確性，按2.3節的方法及選定的測量條件，在已知含量的樣品溶液中加入適量標準溶液，進行回收實驗，ICP AES的加標回收率為94.0%～105.0%。

References

1 HUANG Man， TANG Ming Qiang， LUO Xi Yu.Powder Metallurgy Industry，2005， 15（4）： 33-39

黃 漫， 唐明強， 羅錫裕. 粉末冶金工業， 2005， 15（4）： 33-39

2 FANG Jian Feng， ZHANG Jin Yuan， JIN Cheng Hai， LIU Chun Lan， ZHU Rui Zhen.Diamond and Abrasives Engineering， 2001（1）： 13-16

方建鋒， 張晉遠， 金成海， 柳春蘭， 朱瑞珍. 金剛石與磨料磨具工程， 2001， （1）： 13-16

3 YE Yuan Cai， MENG Guang Zheng， YANG Ju Ting， FANG Jing， MAO Yan Hui.Spectroscopy and Spectral Analysis， 1991， 11（4）： 61-70

葉苑才， 孟廣政， 楊菊亭， 方 靜， 毛延輝. 光譜學與光譜分析，1991， 11（4）： 61-70

4 SONG Qi Sheng， SUN Si Xiu.Course of Inorganic Chemistry.Jinan： Shandong University Press， 2001： 257

宋其圣， 孫思修. 無機化學教程. 濟南： 山東大學出版社， 2001： 257

1 引 言

近年來，我國人造金剛石的產量和應用有了很大的發展。以現有的人造金剛石合成技術，通常以Fe， Ni， Co， Mn等元素組成的合金作為觸媒，這使人造金剛石中極易殘留這些金屬組成的包裹體。諸多研究表明，包裹體含量和分布情況對人造金剛石的性能有著重要影響[1]。經查閱文獻，已有使用X射線熒光光譜法對人造金剛石中雜質元素含量進行半定量分析的報道[2]。電感耦合等離子體發射光譜法（ICP AES）被廣泛應用于巖礦、土壤樣品中多元素分析[3]。本實驗以在大氣氣氛中高溫灰化和混合酸對樣品進行前處理，采用ICP AES測定人造金剛石中Fe， Co， Ni和Mn。本方法操作簡便，處理效果良好。

2 實驗部分

2.1 儀器和試劑 iCAP6300電感耦合等離子體原子發射光譜儀（美國Thermo Fisher公司）；CP64電子天平 （靈敏度0.1 mg， 德國Sartorius公司）。去離子水：電阻率18.2 ΜΩ·cm；HCl， HNO3， HClO4， H2SO4均為GR級；Fe， Co， Ni和Mn標準貯備液： 1000 mg/L（國家鋼鐵材料測試中心）；標準溶液系列：由上述標準貯備液混合成的混合標準溶液逐級稀釋而成，介質為5%（V/V）王水 HClO4 （1∶1，V/V）。

2.2 儀器工作條件和參數 ICP AES工作參數如下：高頻功率1150 W，輔助氣流速0.5 L/min，觀察高度15 mm，泵速50 r/min， 積分時間15 s。

由于樣品中被測元素含量較低，且無基體干擾，所以分析譜線選擇靈敏線即可：Fe 240.488（140），Co 228.616（447），Mn 257.610（131）和Ni 231.604（445）。

2.3 樣品前處理方法 準確稱取1 g（精確至0.0001 g）樣品于80 mL石英燒杯中（顆粒狀樣品應盡量在石英燒杯底部攤開，以利于灰化），放入馬弗爐，在1000 ℃保溫10 h條件下進行高溫灼燒，灼燒過程中適當打開爐門以補充空氣。程序結束后，將帶有樣品灼燒后殘留物的燒杯冷卻至室溫，并從爐中取出。用H2SO4、王水和HClO4對殘留物進行溶解，待殘留物完全溶解后測定。

3 結果與分析

3.1 稱樣量、灼燒溫度及時間的選擇 根據樣品中雜質元素含量，稱取1或2 g樣品。金剛石在氧中加熱到800 ℃以上則燃燒為CO2，在與空氣隔絕的情況下加熱即轉變為石墨[4]。據此， 本實驗在大氣氣氛中選擇3個灼燒溫度（800，900和1000 ℃）和4個灼燒時間（6，8，10和12 h）進行樣品灰化的正交設計試驗。考慮到人造金剛石價格較貴且樣品量有限，確定稱重1 g樣品，在大氣氣氛中1000 ℃灼燒10 h， 作為樣品灰化最佳條件。

3.2 酸溶條件的選擇 樣品經過灼燒后，其殘留物的主要成分是人造金剛石中的雜質元素和極少量碳。殘留物中極少量碳存在的原因是在灼燒過程中，處于石英燒杯底部的樣品無法與空氣完好接觸所致。為了溶解殘留物，比較了酸溶條件。實驗表明，采用先滴加0.2 mL H2SO4，再緩慢加入10 mL王水及5 mL HClO4的方法進行溶樣，本方法速度快，效果好。

3.3 線性范圍、相關系數和檢出限 本實驗配制兩個系列的混合標準溶液，分別用于檢測不同含量的樣品。采用空白

溶液和3個混合標準溶液繪制校準曲線。連續測定空白溶液11次，以其3倍標準偏差計算方法的檢出限。結果見表1。

按照2.3節的方法對人造金剛石樣品進行精密度測定（n=7），相對標準偏差均小于0.5%，表明方法的精密度很好。

3.4 人造金剛石樣品測定結果及加標回收實驗 采用本方法對樣品1#、2#、3#和4#進行測定，同時在北京理化分析測試中心的電感耦合等離子體原子發射光譜儀上進行對比實驗，結果見表2。從表2可見，兩實驗室的測定值符合較好。

由于目前尚無相關的人造金剛石標準物質，為了驗證方法的準確性，按2.3節的方法及選定的測量條件，在已知含量的樣品溶液中加入適量標準溶液，進行回收實驗，ICP AES的加標回收率為94.0%～105.0%。

References

1 HUANG Man， TANG Ming Qiang， LUO Xi Yu.Powder Metallurgy Industry，2005， 15（4）： 33-39

黃 漫， 唐明強， 羅錫裕. 粉末冶金工業， 2005， 15（4）： 33-39

2 FANG Jian Feng， ZHANG Jin Yuan， JIN Cheng Hai， LIU Chun Lan， ZHU Rui Zhen.Diamond and Abrasives Engineering， 2001（1）： 13-16

方建鋒， 張晉遠， 金成海， 柳春蘭， 朱瑞珍. 金剛石與磨料磨具工程， 2001， （1）： 13-16

3 YE Yuan Cai， MENG Guang Zheng， YANG Ju Ting， FANG Jing， MAO Yan Hui.Spectroscopy and Spectral Analysis， 1991， 11（4）： 61-70

葉苑才， 孟廣政， 楊菊亭， 方 靜， 毛延輝. 光譜學與光譜分析，1991， 11（4）： 61-70

4 SONG Qi Sheng， SUN Si Xiu.Course of Inorganic Chemistry.Jinan： Shandong University Press， 2001： 257

宋其圣， 孫思修. 無機化學教程. 濟南： 山東大學出版社， 2001： 257

1 引 言

近年來，我國人造金剛石的產量和應用有了很大的發展。以現有的人造金剛石合成技術，通常以Fe， Ni， Co， Mn等元素組成的合金作為觸媒，這使人造金剛石中極易殘留這些金屬組成的包裹體。諸多研究表明，包裹體含量和分布情況對人造金剛石的性能有著重要影響[1]。經查閱文獻，已有使用X射線熒光光譜法對人造金剛石中雜質元素含量進行半定量分析的報道[2]。電感耦合等離子體發射光譜法（ICP AES）被廣泛應用于巖礦、土壤樣品中多元素分析[3]。本實驗以在大氣氣氛中高溫灰化和混合酸對樣品進行前處理，采用ICP AES測定人造金剛石中Fe， Co， Ni和Mn。本方法操作簡便，處理效果良好。

2 實驗部分

2.1 儀器和試劑 iCAP6300電感耦合等離子體原子發射光譜儀（美國Thermo Fisher公司）；CP64電子天平 （靈敏度0.1 mg， 德國Sartorius公司）。去離子水：電阻率18.2 ΜΩ·cm；HCl， HNO3， HClO4， H2SO4均為GR級；Fe， Co， Ni和Mn標準貯備液： 1000 mg/L（國家鋼鐵材料測試中心）；標準溶液系列：由上述標準貯備液混合成的混合標準溶液逐級稀釋而成，介質為5%（V/V）王水 HClO4 （1∶1，V/V）。

2.2 儀器工作條件和參數 ICP AES工作參數如下：高頻功率1150 W，輔助氣流速0.5 L/min，觀察高度15 mm，泵速50 r/min， 積分時間15 s。

由于樣品中被測元素含量較低，且無基體干擾，所以分析譜線選擇靈敏線即可：Fe 240.488（140），Co 228.616（447），Mn 257.610（131）和Ni 231.604（445）。

2.3 樣品前處理方法 準確稱取1 g（精確至0.0001 g）樣品于80 mL石英燒杯中（顆粒狀樣品應盡量在石英燒杯底部攤開，以利于灰化），放入馬弗爐，在1000 ℃保溫10 h條件下進行高溫灼燒，灼燒過程中適當打開爐門以補充空氣。程序結束后，將帶有樣品灼燒后殘留物的燒杯冷卻至室溫，并從爐中取出。用H2SO4、王水和HClO4對殘留物進行溶解，待殘留物完全溶解后測定。

3 結果與分析

3.1 稱樣量、灼燒溫度及時間的選擇 根據樣品中雜質元素含量，稱取1或2 g樣品。金剛石在氧中加熱到800 ℃以上則燃燒為CO2，在與空氣隔絕的情況下加熱即轉變為石墨[4]。據此， 本實驗在大氣氣氛中選擇3個灼燒溫度（800，900和1000 ℃）和4個灼燒時間（6，8，10和12 h）進行樣品灰化的正交設計試驗。考慮到人造金剛石價格較貴且樣品量有限，確定稱重1 g樣品，在大氣氣氛中1000 ℃灼燒10 h， 作為樣品灰化最佳條件。

3.2 酸溶條件的選擇 樣品經過灼燒后，其殘留物的主要成分是人造金剛石中的雜質元素和極少量碳。殘留物中極少量碳存在的原因是在灼燒過程中，處于石英燒杯底部的樣品無法與空氣完好接觸所致。為了溶解殘留物，比較了酸溶條件。實驗表明，采用先滴加0.2 mL H2SO4，再緩慢加入10 mL王水及5 mL HClO4的方法進行溶樣，本方法速度快，效果好。

3.3 線性范圍、相關系數和檢出限 本實驗配制兩個系列的混合標準溶液，分別用于檢測不同含量的樣品。采用空白

溶液和3個混合標準溶液繪制校準曲線。連續測定空白溶液11次，以其3倍標準偏差計算方法的檢出限。結果見表1。

按照2.3節的方法對人造金剛石樣品進行精密度測定（n=7），相對標準偏差均小于0.5%，表明方法的精密度很好。

3.4 人造金剛石樣品測定結果及加標回收實驗 采用本方法對樣品1#、2#、3#和4#進行測定，同時在北京理化分析測試中心的電感耦合等離子體原子發射光譜儀上進行對比實驗，結果見表2。從表2可見，兩實驗室的測定值符合較好。

由于目前尚無相關的人造金剛石標準物質，為了驗證方法的準確性，按2.3節的方法及選定的測量條件，在已知含量的樣品溶液中加入適量標準溶液，進行回收實驗，ICP AES的加標回收率為94.0%～105.0%。

References

1 HUANG Man， TANG Ming Qiang， LUO Xi Yu.Powder Metallurgy Industry，2005， 15（4）： 33-39

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2 FANG Jian Feng， ZHANG Jin Yuan， JIN Cheng Hai， LIU Chun Lan， ZHU Rui Zhen.Diamond and Abrasives Engineering， 2001（1）： 13-16

方建鋒， 張晉遠， 金成海， 柳春蘭， 朱瑞珍. 金剛石與磨料磨具工程， 2001， （1）： 13-16

3 YE Yuan Cai， MENG Guang Zheng， YANG Ju Ting， FANG Jing， MAO Yan Hui.Spectroscopy and Spectral Analysis， 1991， 11（4）： 61-70

葉苑才， 孟廣政， 楊菊亭， 方 靜， 毛延輝. 光譜學與光譜分析，1991， 11（4）： 61-70

4 SONG Qi Sheng， SUN Si Xiu.Course of Inorganic Chemistry.Jinan： Shandong University Press， 2001： 257

宋其圣， 孫思修. 無機化學教程. 濟南： 山東大學出版社， 2001： 257