電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定高純氧化銦中7種雜質元素

莫 蓉 孫洪濤 白英麗 王佳麗

(西北稀有金屬材料研究院寧夏有限公司，稀有金屬特種材料國家重點實驗室，寧夏 石嘴山753000)

前言

銦(In)是一種稀散金屬，我國銦儲量居世界首位，集中分布在廣西、云南和內蒙古等地。高純氧化銦是銦系列的一個產品，屬于當代高新技術材料的支撐材料，廣泛用于ITO、半導體、冶金、化工、電子、光電等行業[1]。

高純氧化銦化學分析方法為國家標準方法GB/T 23364—2009[2]，高純銦化學分析方法為YS/T981—2014[3]，其中雜質元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等含量的測定方法為電感耦合等離子體質譜法，該項標準中沒有雜質元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等含量的電感耦合等離子體原子發射光譜測定方法。目前，國內有的分析實驗室還未配置電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)。而電感耦合等離子體原子發射光譜法已應用于金屬銦和氧化銦錫粉末中雜質元素的分析檢測領域[4-9]。

通過對標準溶液系列進行銦基體匹配，消除銦基體對待測元素的干擾，建立了ICP-AES法測定高純氧化銦中Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等雜質元素含量的方法，方法的精密度及準確度均能滿足測定要求。

1 實驗部分

1.1 儀器及工作參數

iCAP 6300型電感耦合等離子體原子發射光譜儀(美國賽默飛世尓科技有限公司)；氬氣純度>99.99%。

RF功率1 150 W，霧化氣壓力0.2 MPa，輔助氣流量0.5 L/min，蠕動泵泵速50 r/min，積分時間10 s，觀測方式為垂直方向。

1.2 主要試劑

Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn標準儲備溶液(1 000 μg/mL，國家標準物質研究中心)，高純銦(WIn>99.99%)，鹽酸(優級純)，實驗用水為超純水(電阻率為18.2 MΩ·cm)。

1.3 樣品處理

稱取樣品1.00 g(精確至0.000 1 g)于150 mL玻璃燒杯中，加入20 mL鹽酸(1+1)，加熱溶解至樣品溶液完全清亮，冷卻后移入100 mL容量瓶中，用超純水稀釋至刻度，搖勻。在選定的儀器工作參數下進行測定，同時做空白實驗。

1.4 標準溶液系列的配制

分別稱取3份0.827 g高純銦(相當于1.00 g氧化銦中的銦含量)，按表1加入各待測元素混合標準溶液，加入20 mL鹽酸(1+1)，待高純銦完全溶解后，轉移至100 mL容量瓶中，用超純水稀釋至刻度，搖勻待用。

1.5 測定

于電感耦合等離子體原子發射光譜儀上，在待測元素的波長處，測定各元素標準溶液系列的光譜強度。當校準曲線相關系數大于0.999時，進行樣品溶液及空白溶液的測定。

表1 標準溶液系列中各元素質量濃度Table 1 Mass concentration of each element in the standard solution series /(μg·mL-1)

2 結果與討論

2.1 溶樣方法

分別采用20 mL鹽酸(1+1)和20 mL硝酸(1+1)對高純氧化銦樣品(稱樣量均為1.00 g)進行消解實驗。從實驗效果看，采用兩種酸，樣品都能溶解，溶液清亮。在ICP-AES分析中，考慮不同無機酸對譜線強度的影響[10-11]，硝酸的影響要大于鹽酸。故實驗選擇鹽酸處理高純氧化銦樣品。

2.2 鹽酸濃度選擇

配制Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn質量濃度均為0.10 μg/mL混合標準溶液，鹽酸介質體積分數分別為5%、10%、15%、20%。用電感耦合等離子體發射光譜儀對不同鹽酸體積分數的上述溶液進行測定，實驗結果表明，溶液中鹽酸介質體積分數分別為5%～20%，對各元素的測定結果影響可忽略不計。

考慮酸度及溶液鹽分對進樣系統的影響，最終鹽酸(10%)作為測定介質。

2.3 分析譜線的選擇

從電感耦合等離子體發射光譜儀分析軟件譜線庫中分別選擇待測元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等2～3條譜線進行測定，根據譜線及背景輪廓、信背比、信號強度、干擾情況等選擇合適的譜線作為分析線。選擇時需剔除元素之間有相互干擾的譜線，保留靈敏度高、干擾小和信背比大的待測元素分析譜線。通過實驗，選擇了待測元素的最佳分析譜線如表2所列。

表2 元素的分析譜線Table 2 Spectral line of each element

2.4 基體干擾的消除

分別于電感耦合等離子體原子發射光譜儀分析軟件上繪制含銦基體(8.2 mg/mL，按樣品為1.00 g，定容體積為100 mL時計算的銦基體濃度)和不含銦基體的待測元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn的工作曲線。實驗結果表明，銦基體對于上述待測元素的測定有一定程度的干擾。

基體效應屬于非光譜干擾，可通過采用標準溶液基體匹配法，補償待測元素在標準溶液中與在實際樣品所受到影響的差異。

實驗采用銦基體匹配，配制標準樣品系列溶液，消除銦基體對待測元素的干擾。

2.5 工作曲線線性、檢出限和測定下限

在選定的儀器工作條件下，對標準溶液系列進行測定，以待測元素質量濃度為橫坐標，發射強度為縱坐標，繪制校準曲線。對空白溶液重復進行10次測定，以測定結果標準偏差的3倍作為方法的檢出限(3S)，以測定結果標準偏差的10倍作為方法的測定下限(10S)，結果如表3所列。

表3 工作曲線的線性方程、相關系數以及檢出限和測定下限Table 3 linear equation, correlation coefficient ,detection limit and low limit of determination

2.6 加標回收實驗和精密度實驗

按照實驗方法對高純氧化銦樣品進行加標回收實驗，同時對加標的高純氧化銦試樣平行測定10次來驗證方法的精密度。對測定結果進行數理統計，計算各元素的加標回收率和相對標準偏差(RSD)，結果如表4所示。從表4可知，各元素的加標回收率在92.2%～110%，分析結果準確可靠。方法中各元素的相對標準偏差在0.57%～5.8%，方法具有較高穩定性，滿足分析檢測要求。

表4 加標回收實驗和精密度實驗Table 4 Recovery tests and precision tests (n=10)

3 結論

建立了電感耦合等離子體原子發射光譜法測定高純氧化銦中雜質元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等含量的方法，該方法的準確度和精密度滿足高純氧化銦中雜質元素的分析檢測要求，已應用于高純氧化銦中雜質元素含量的分析測定。