輝光放電質譜法測定高純錫中的雜質元素

倪春艷，梁德華

（紅河砷業有限責任公司，云南個舊 661000）

輝光放電質譜法測定高純錫中的雜質元素

倪春艷，梁德華

（紅河砷業有限責任公司，云南個舊 661000）

采用輝光放電質譜法對高純錫中的Mg、Al、Ca、Fe等20個痕量雜質元素進行測定。對儀器的工作參數進行了優化，并對雜質濃度與預濺射時間的關系，測量的準確性和重現性進行了討論。

輝光放電質譜法；高純錫；痕量；雜質

高純材料中的各雜質元素的含量直接決定其本身的性能，因此對高純材料中雜質的分析提出了更高的要求。輝光放電質譜法具有固體樣品直接分析，多元素同時快速測定，結果準確，精密度高等優點。本文采用輝光放電質譜（GDMS）對高純錫中的Mg、Al、S、Ca、Fe、Pb、Cd等20中雜質元素進行了測定，對同位素的選擇、工作參數的選定、預濺射過程時間的選擇、準確性和重現性進行了探討，獲得了滿意的結果。

1 試驗部分

1.1 儀器及儀器參數

VG9000型輝光放電質譜儀。Faraday探測器的積分時間為20 ms，daly探測器的積分時間為100ms。

1.2 試劑及樣品

高純氬氣：體積分數大于99.999%；液氮；超純水；鹽酸：優級純；5 N高純錫：2 mm×2 mm×20 mm或直徑為3 mm長20 mm的棒狀。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品的制備和前處理

將樣品制備成直徑3 mm，長20 mm左右的棒狀，放置在30%的鹽酸中超聲清洗10 min，然后于超純水中超聲清洗2～3次，每次不得低于3 min，最后將樣品放入甲醇中保存備用，分析前取出用電吹風將樣品吹干［1］。

1.3.2 樣品預濺射

將樣品放入樣品夾中，待用液氮將離子源溫度冷卻至-170℃左右，進樣倉真空度達到10－3Pa時，將樣品推入離子源腔內，冷卻10 min后調節載氣的流量使放電電壓為1 kV、放電電流為2.5 mA，在不收集離子信號的情況下將樣品預濺射約60 min，高純錫以Ca、Fe、Zn的信號穩定為準，用以消除樣品制備和處理過程中表面可能產生的污染。

1.3.3 定量測定

調節放電電壓1 kV、放電電流2 mA，調節聚焦后進行質量校正，然后打開離子通道閥門，收集待測元素的離子信號，取3次結果的平均值即得到該雜質元素的濃度。

2 結果與討論

2.1 儀器質量校正

將Al，Cu，Au混合樣裝進樣夾，表面進行簡單污染，進樣倉真空度達到10－3Pa時，將樣品推入離子源腔內，調節載氣的流量使放電電壓1 kV、放電電流2 mA，調節各項參數獲得一個較強的離子束信號，質譜峰位置手工清零，開始掃描，被檢測到的元素由計算機自動顯示，通過計算確定質譜峰的位置。

2.2 同位素選擇

在測定之前，首先做測定元素同位素的選擇，原則是在避開基體和背景的締合離子的干擾，以及擁有相同同位素元素之間的互相干擾的前提下，盡可能選擇高豐度的同位素。如40Ca是Ca中豐度最高的，然而由于受載氣40Ar的干擾，GDMS無法將其分開，只能選擇其他豐度較好的44Ca作為測定對象，Zn豐度最高的是64Zn，但由于有64Ni的干擾存在，因此選擇其他豐度較好的66Zn作為測定對象。表1列出了所選擇的同位素和同位素豐度。

表1 選擇的同位素和同位素豐度Tab.1 Selected isotopes and isotope abundances

2.3 工作參數的選定

放電電壓和放電電流直接影響測定的進行。當放電電壓和放電電流較大時，容易使樣品溫度過高，從而導致短路，使得測定無法進行；當放電電壓和放電電流較低時，基底的信號強度較弱，此時若想獲得較強的信號，就必須增大離子源定位狹縫，儀器的分辨率就會大大的降低，因此就很難采用常規的質量分辨率測定高純錫的雜質含量。經過反復試驗，優化選擇，確定采用放電電壓為1 kV、放電電流為2.5 mA的放電條件，在常規質量分辨率4 000的基礎上即能實現高純錫中雜質元素含量的測定。

2.4 預濺射時間的確定

由于樣品表面在處理過程中不可避免的會被污染，因此為消除樣品表面的污染，在收集數據前必須進行一定時間的預濺射，以確保被測雜質元素信號的準確和穩定。高純錫以Ca、Fe、Zn的信號不再隨濺射次數增加波動時即可結束預濺射。圖1為Ca、Fe、Zn隨預濺射時間的變化曲線。

由圖1可以看出，當預濺射時間達到60 min時，各雜質元素的含量趨于穩定。

2.5 準確性和重現性

本測定用碳素鋼成份分析標準物質GBW1227，進行9次進樣測定，測定結果見表2。

圖1 雜質元素含量隨時間的變化趨勢Fig.1 Impurity elements trends with time

由表2可以看到，各雜質元素含量的測定結果相對偏差均在5%以內。

2.5 樣品檢測

在放電電壓1 kV，放電電流2.5 mA，質量分辨率4 200的條件下對高純錫進行測定。測定結果見表3。

表2 準確性和重現性檢驗結果Tab.2 Test results of accuracy and reproducibilityw／%

表3 高純錫樣品中雜質元素的檢測結果Tab.3 Test results of impurity elements in high purity tin samples

3 結語

利用VG9 000型輝光放電質譜儀對高純錫樣品中雜質元素的含量進行了檢測，結果滿意。通過對實驗過程和結果的討論，獲得了輝光放電質譜法測定高純錫樣品中雜質元素的分析測試條件。用碳素鋼成份分析標準物質GBW1 227對儀器的準確性和重現性進行檢驗，結果表明準確度和精密度能滿足測定的要求。

［1］ 趙墨田，曹永剛，成剛，等.無機質譜概論［M］.北京：化學工業出版社，2006.

Determination of Impurity Elements in High Purity Tin by Glowing Discharge Mass Spectrometry

NI Chun-yan，LIANG De-hua

（Honghe Arsenic industry limited liability company，Gejiu 661000，China）

20 trace elements Mg，Al，Ca，Fe etc in high purity tin were determined by glowing discharge mass spectrometry.Instrument operating parameters were optimized，and the relationship among the impurity concentration of the pre－sputtering time，measurement accuracy and reproducibility are discussed.

glowing discharge mass spectrometry；high purity tin；trace；impurities

O657

A

1004-275X（2015）05-0039-03

10.3969／j.issn.1004-275X.2015.05.009

收稿：2015-04-23

倪春艷（1983～），女，云南玉溪人，分析助理工程師，主要研究方向：金屬檢測。