等离子发射分析法

等离子发射分析法（精选9篇）

等离子发射分析法 第1篇

关键词：声发射信号,超音速等离子喷涂,Fe基合金涂层,小波变换,经验模态分解,接触疲劳损伤

0前言

材料变形或断裂时局部区域瞬态释放的弹性波产生的声发射信号能反映材料的损伤程度[1]。声发射信号强度较弱, 可借助声发射检测系统对其进行采集、记录、处理和分析, 进而判断材料的损伤程度。涂层接触疲劳损伤释放的声发射信号属于非平稳信号, 且声发射源较为复杂, 包含疲劳损伤特征的突变信号往往被各种噪声信号严重干扰, 如环境噪声、偶然因素引起的脉冲干扰噪声、检测系统引起的电子噪声、机械振动噪声及接触摩擦噪声等。因此, 信噪比恶化问题更为突出[2], 增加了对材料破坏程度判断的困难度。声发射信号特征提取是声发射信号处理的重要内容, 小波变换和经验模态分解 (EMD) 是2种典型的时频局部分析方法。小波变换具有良好的时频局部特性, 能够反映非平稳信号在局部范围内的特征, 是信号奇异性检测的有力工具[3~5]。EMD方法是一种新的数据处理方法, 能够对非线性、非平稳信号进行线性化和平稳化处理, 并在分解的过程中保留了数据本身的特性[6]。EMD信号处理方法克服了小波变换需要选择基函数的缺点, 在非平稳信号消噪和特征提取方面已获得成熟应用。

小波变换和EMD方法可以准确提取铸造或锻造块体零件疲劳损伤过程中的疲劳损伤特征信息, 识别疲劳损伤状态。大信噪比时, EMD方法消噪效果整体上不如小波变换, 而小信噪比时, EMD方法处理的效果更好[7]。热喷涂涂层中不可避免地存在未熔粒子、裂纹、孔隙等微缺陷, 涂层的疲劳损伤声发射信号较为复杂, 采用傅里叶变换等普通方法难以准确提取损伤特征。目前, 采用小波变换和EMD方法对涂层疲劳损伤声发射信号研究较少。本工作采用超音速等离子喷涂技术制备Fe基自熔剂合金涂层, 以球盘式接触疲劳试验机进行接触疲劳试验, 在线采集涂层接触疲劳损伤过程中的声发射信号, 以小波变换和EMD方法对涂层接触疲劳失效前和失效时的声发射信号在不同尺度上进行分解和重构, 提取包含疲劳损伤信息的波形和频率特征, 以实现对涂层接触疲劳损伤过程进行诊断和分析, 为判断材料破坏程度提供依据。

1 试验

1.1 涂层的制备及相关处理

(1) 设备与材料采用HEPJet型高效能超音速等离子喷涂设备制备Fe基合金涂层:涂层材料为Fe基自熔剂合金粉末, 成分 (质量分数, %) 为17.09 Cr, 1.60 B, 1.68 Si, 0.15 C, 79.48 Fe。粉末为规则的圆球形, 直径为50~60μm, 为充分熔化并获得低孔隙、高致密度涂层提供保证。基材为淬火45钢圆环, 外径、内径及高分别为60, 30, 25 mm, 端面磨光 (磨床磨削后分别采用300, 600号砂纸打磨) ;喷涂前先用丙酮清洗, 端面进行喷砂粗化;为提高涂层与基体的结合强度, 先喷涂Al-Si合金底层, 合金粉末成分 (质量分数, %) 为84.9 Al, 15.1 Si。

(2) 喷涂工艺及处理喷涂工艺参数见表1。Al-Si合金底层与Fe基合金工作层厚度分别为50~70μm和450~500μm, 经磨床加工后Fe基合金层厚度变为200~250μm, 涂层表面粗糙度为0.5~0.6μm。

(3) 形貌、孔隙率及成分采用Quanta 200型扫描电镜 (SEM) 观察Fe基合金涂层截面微观结构形貌, 然后对图像进行转化并进行灰度法处理, 使得孔隙、裂纹的缺陷特征更加明显。采用基于灰度分析的方法对涂层的孔隙率进行测定[8], 对具有代表性的涂层不同位置随机采集10张微观结构图像, 计算每张微观结构图像的孔隙率。采用SEM附带的能谱仪 (EDS) 分析涂层的成分。

1.2 接触疲劳与声发射信号采集

涂层的接触疲劳试验在YS-1型球盘式滚动接触疲劳试验机上进行[9]:采用载荷传感器实时反馈载荷信息, 施加载荷为100 N, 采用经典赫兹公式计算出涂层承受的最大接触应力为1.84 GPa;以GCr15的11球滚动轴 (型号为LB51108) 作为配对副, 点接触;转速由驱动电机控制为2 000 r/min, 以速度传感器在线监测。

采用PCI-2声发射数据采集和分析系统对涂层接触疲劳损伤过程进行在线实时监测:声发射传感器为Nano30型压电式;信号采样率为2 Msps (Million samples per second) , 前置放大器放大额度为40 d B, 门槛值设定为45 d B;将发射传感器直接安装在被测试样的侧面, 以尽可能获得低衰减的声发射信号。

1.3 声发射信号处理

1.3.1 小波变换

设为平方可积函数, 若其傅里叶变换满足:

则称φ (t) 为一个基本小波。式 (1) 为小波函数的可容许条件。将经伸缩和平移后得:

式中a为尺度因子, b为平移因子, φa, b (t) 为依赖于参数a, b的小波基函数。由于a和b是连续变化的, 故称φa, b (t) 为连续小波基。将任意L2 (R) 空间中的函数f (t) 在小波基下展开, 即为f (t) 的连续小波变换, 即:

重构公式 (逆变换) :

在实际应用中, 尤其是在计算机上, 连续小波必须加以离散化。通常, 连续的尺度因子a和平移因子b的离散化公式分别为, , j∈Z, 其中a0, b0为扩展步长, 对应的离散小波函数基

f (t) 离散小波变换式得:

重构公式 (逆变换) :

1.3.2 EMD

EMD是指在时间尺度的基础上将信号分解为若干固有模态分量 (IMF) 和残余分量之和, 分解出的各模态分量突出了信号的局部特征, 且必须满足2个条件: (1) 极值个数与零点个数相等或至多相差1; (2) 极大值包络线与极小值包络线关于时间轴对称。

EMD算法的基本步骤:

(1) 对数字滤波信号y (n) 的所有极值点进行定位, 并用3次样条函数拟合所有的极大值点与极小值点, 获得y (n) 的上、下包络线;

(2) 计算上、下包络线的均值序列, 则有h1 (n) =y (n) -m1 (n) ;

(3) 将作为新的信号序列, 重复上述步骤j次, 直至满足固有模态函数条件, 且。为第一阶固有模态函数, 记作, 它包含y (n) 的最高频率成分;

(4) 从y (n) 中减去高频分量, 得到较低频率的残差, ;

(5) 将作为新的信号序列, 重复上述步骤, 依次得到所有的ci (n) 和ri (n) , ri (n) =yi-1 (n) -ci (n) , i=1, 2, 3, …, k, 当ck (n) , rk (n) 小于预定误差, 或rk (n) 为单调时, 整个分离过程结束, 此时无法再从残差中提取固有模态分量。

由此, 可将y (n) 表示成k阶固有模态函数和第k阶残差之和, 即:

或为常量或为单调性函数, 可看作是y (n) 的趋势项。

2 结果与讨论

2.1 涂层的形貌及成分

图1为Fe基合金涂层截面灰度法处理前后的SEM形貌:涂层结构比较致密, 涂层中存在少量的孔隙, 且在沉积粒子边界处存在少量的微观裂纹, 这些微缺陷将严重影响涂层的抗接触疲劳性能;10张随机微观图像的孔隙率分别为2.190 2%, 2.184 5%, 1.796 3%, 3.154 7%, 3.546 2%, 3.457 3%, 2.967 8%, 1.768 4%, 4.012 8%, 2.457 2%, 平均值为2.753 5%。

图2为涂层的元素分析:Fe, Cr, Si元素在涂层中分布较为均匀, 没有明显的元素偏析, 其中含77.38%Fe, 16.10%Cr, 1.21%Si (质量分数) , 对比Fe基合金粉末成分可知, Fe, Cr和Si只发生了少量的烧损。

2.2 涂层接触疲劳失效前的声发射信号处理

2.2.1 分解

(1) 小波变换法采用d B10基本小波对涂层接触疲劳失效前的疲劳损伤声发射信号作5层小波分解和重构。图3为小波分解的涂层接触疲劳失效前的声发射波形及频率。其中:s为原始疲劳损伤信号;d代表高频信息, a代表低频信息;d1, d2, d3, d4, d5和a5分别表示第1, 2, 3, 4, 5层细节信号, d1层重构信号的频率为500.00~1 000.00 k Hz, d2层为250.00~500.00 k Hz, d3层为125.00~250.00 k Hz, d4层为62.50~125.00 k Hz, d5层为31.25~62.50k Hz, a5层为0~31.25 k Hz。由图3可知:涂层接触疲劳失效前的声发射信号以连续型为主, 见3a中s;从原始波形中较难识别出接触疲劳失效前裂纹萌生和扩展释放的声发射特征信息, 这主要是由于疲劳损伤特征信号被试验机高速运转产生的振动信号、轴承球与试样表面产生的接触摩擦信号及电磁信号等噪声的干扰和掩埋而造成的;d1, d5和a5层信号波形幅值都小于2 m V, 一般为轴承球与试样表面接触摩擦产生的高频声发射信号和试验机高速运转产生的低频振动噪音信号;d2, d3和d4呈典型的冲击突变特征, 波形幅值较高, d2和d3的幅值为10 m V左右, d4幅值为5 m V左右, 其频率分布在100~310 k Hz内, 具有一定的重叠性, 峰值频率分别为310, 175, 100k Hz, 这很有可能是接触疲劳失效前裂纹连续萌生和扩展释放的声发射特征信号;涂层接触疲劳失效前的声发射信号频率主要分布在100~325 k Hz, 峰值频率为310 k Hz, 故仅对原始信号进行简单的傅里叶变换无法识别干扰信号频率与接触疲劳损伤特征信号频率。综上考虑, 对d2, d3和d4层信号进行重构, 用作涂层接触疲劳失效前的疲劳损伤声发射信号。

(2) EMD法对涂层接触疲劳失效前声发射波形及频率进行EMD分解, 得到11个固有模态分量IMF1~IMF11, 以及一个表征趋势的残余分量。由于残余分量是单调的, 幅值也较小, 对声发射信号的分析影响不大, 因而可不考虑其影响;11个固有模态分量中, IMF6及其后的分量幅值都非常小, 对声发射信号的分析影响较弱, 也可以不考虑其影响。图4为前5个固有模态分量IMF1~IMF5的波形和频率。由图4可知:IMF4和IMF5的幅值小于2 m V, 频率低于100 k Hz, 主要为低频噪音干扰信号;IMF1~IMF3呈典型的冲击突变特征, 波形幅值较高, 叠加频率分布为100~400 k Hz, 峰值频率分别为310, 175, 100 k Hz, 这与小波分解得到的d2, d3和d4层信号一致。综上考虑, 对固有模态分量IMF1~IMF3进行重构, 作为涂层接触疲劳失效前的疲劳损伤声发射信号。

2.2.2 重构

经小波变换和EMD重构的涂层接触疲劳失效前声发射信号波形和频率见图5。由图5可以看出:小波变换和EMD重构的涂层接触疲劳失效前的声发射信号波形非常相似, 为典型的连续型声发射信号, 小波变换很好地滤除了400 k Hz以上的高频和100 k Hz以下的低频干扰信号;EMD方法对高频和低频干扰信号的滤除效果明显不及小波变换。

2.3 涂层接触疲劳失效时的声发射信号处理

2.3.1 分解

(1) 小波变换图6为涂层接触疲劳失效时5层小波分解后的波形和频率。由图6可以看出:d2和d3波形幅值高达200 m V, 频率分布为100~325 k Hz, 包含230, 300, 310 k Hz 3个典型的极值频率;d1, d4, d5和a5层信号波形幅值都小于20 m V, 是轴承球与试样表面接触摩擦产生的高频声发射信号和试验机高速运转产生的低频振动信号等噪声干扰信号, 由于剥落坑的形成和疲劳失效时释放的高幅值的声发射信号衰减的影响, 干扰信号的幅值比涂层失效前高得多。与失效前相比, 接触疲劳失效时涂层疲劳损伤声发射信号中同样混有试验机高速运转产生的振动信号、轴承球与试样表面产生的接触摩擦信号以及电磁信号等噪声信号, 不同的是, 疲劳失效时释放的声发射信号能量较高, 损伤特征比较明显, 信号幅值高达200 m V, 大大高于噪声干扰信号幅值。综上, 对d2和d3层信号进行重构, 用作涂层接触疲劳失效时的疲劳损伤声发射信号。

(2) EMD法对涂层接触疲劳失效时的声发射原始信号进行EMD分解, 得到11个固有模态分量IMF1~IMF11及一个表征趋势的残余分量。残余分量和IMF6及其以后的分量幅值都非常小, 对声发射信号的分析影响不大。图7为前5个模态分量IFM1~IFM5的波形和频率。由图7可知:IMF1和IMF2在2 300μs附近呈典型的冲击突变特征, 波形幅值较高, IMF1为200 m V, IMF2为100 m V, 频率分布为100~400 k Hz, IMF1和IMF2的峰值频率分别为310, 150 k Hz, 其中IMF1存在230, 300, 310 k Hz 3个典型的极值频率, 这与小波分解得到的d2和d3层信号基本一致;IMF3, IMF4和IMF5在2 300μs附近虽然也呈典型的冲击突变特征, 但幅值相比IMF1和IMF2小得多, 而且频率幅值也较低, 主要为低频干扰信号。综上, 对模态分量IMF1和IMF2进行重构, 作为接触疲劳失效时涂层的疲劳损伤声发射信号。

2.3.2 重构

图8为经小波变换和EMD重构的涂层接触疲劳失效时的疲劳损伤声发射信号波形和频率。由图8可以看出, 小波变换和EMD法重构的失效时涂层疲劳损伤声发射信号波形依然非常相似, 是典型的突发型声发射信号。从频率滤波效果来看, 小波变换同样很好地滤除了400 k Hz以上的高频和100 k Hz以下的低频干扰信号, 而EMD对高频和低频干扰信号的滤除效果明显不及小波变换, 尤其针对高频干扰信号滤除时, EMD方法困难较大。

3 结论

(1) 超音速等离子喷涂Fe基合金层结构较致密, 但内部存在少量孔隙, 在沉积粒子边界处存在少量的微观裂纹, 孔隙率为2.753 5%。等离子喷涂过程中, Fe, Cr, Si在涂层中分布均匀, 没有明显的元素偏析, 且只发生了少量的烧损。

(2) 涂层接触疲劳失效前的声发射信号以连续型为主, 失效时的声发射信号以突发型为主。采用小波变换和EMD方法可以将成分复杂的疲劳损伤声发射信号分解到不同的频率段, 分析不同小波变换层和不同固有模态分量的波形和频率特征, 通过重构获得了涂层接触疲劳失效前和失效时的较为纯净的疲劳损伤声发射信号。

(3) 小波变换和EMD方法重构的超音速等离子喷涂Fe基合金层接触疲劳失效前和失效时疲劳损伤声发射信号的波形相似。EMD方法对400 k Hz以上高频和100 k Hz以下的低频干扰信号的滤除效果明显不及小波变换。

参考文献

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等离子发射分析法 第2篇

用等离子发射光谱和等离子发射光谱-质谱作比较,等离子发射光谱-质谱用于饮用水As、Sb、Se的测量时需考虑校正系数,通过不确定度分析,确定了ICP-MS测定方法不确定度大小,得出结论:不要氢化物发生器,不加EDTA作为掩蔽剂,也可以直接用于实际.

作 者：文新宇 宋建武 谭亚翎 张溥亮 邓继福 作者单位：文新宇(株洲市环境监测中心站,湖南,株洲,412000;湖南大学环境科学与工程系,湖南,长沙,410082)

宋建武,谭亚翎,张溥亮,邓继福(株洲市环境监测中心站,湖南,株洲,412000)

等离子发射分析法 第3篇

1 化妆品中重金属铅砷汞的检测规范与方法

1.1检测的标准与规范

我国卫生部针对化妆品中铅砷汞元素的含量进行了明确的规定, 三者含量应低于40、10与1mg/kg[1]。虽然我国较为注重化妆品中重金属的检测, 但与发达国家相比, 其检测标准仍不够严格, 其缺少明确、有效的检测方法, 导致铅砷汞的检测常出现漏检或检测不准确的问题[2]。

1.2常见的检测方法

根据《化妆品卫生规范》可知, 在检测铅砷汞时, 主要采用的方法为原子吸收法、原子荧光法, 前者虽然拥有较强的选择性、较高的灵敏度、较广的分析范围及较强的抗干扰能力, 但其缺点有不能同时分析多种元素, 难以检测难溶元素, 同时其标准曲线线性范围相对较窄;后者虽然具备较低的检出限、较为简单的谱线、较宽的分析标准曲线线性范围、较少的干扰及低廉的价格, 但其极易受散射光干扰、前处理操作复杂, 同时仅适用于少数元素检测。因此, 本文采用等离子发射光谱法, 不仅可以同时检测化妆品中的铅砷汞, 而且具有检出限低, 回收率高的优点。

2 化妆品中重金属铅砷汞的等离子发射光谱分析方法

2.1实验情况

实验仪器与试剂:选择美国PE公司的5300DV型等离子发射光谱仪及MARS5型微波消解仪;选用铅、砷、汞标准物质, 各1000mg/L, 同时, 准备硝酸、双氧水及实验用水。

参数设置:15mm观测距离、1300W功率、15L/min等离子气、0.6L/min雾化气体流量、0.2L/min辅助气体流量。

前处理:第一种方法为微波消解法, 称取0.5g化妆品, 添加5m L硝酸, 预加热100℃, 1h, 冷却, 加盖密封, 微波消解10min, 冷却后定容至10m L;第二种方法为湿法消解法, 称取0.5g化妆品, 添加5m L硝酸, 浸泡过夜, 稀释铅砷汞标准溶液浓度分别达到0.1、0.5、1.0与2.0g/L。

2.2实验分析

2.2.1前处理分析

根据我国化妆品检测的相关规范与要求, 利用强氧化性酸消解样品, 主要是借助微波消解法与湿法消解法实现的, 二者处理结果显示, 第一种方法铅砷汞的加标回收率分别为93.5%、94.6%、89.6%, 而第二种方法分别为89.3%、90.1%、72.3%, 此结果表明, 第一种方法的加标回收率较高, 消解更为彻底。

2.2.2 参数优化分析

观测距离与元素强度值的变化, 呈抛物曲线, 前者为14-15mm时, 元素强度值最大, 如图1所示, 因此, 此观测距离为元素离子的集中区间。

功率为1300W时, 元素强度值最大, 此前各元素强度呈递增趋势, 此后, 元素强度基本稳定, 如图22所示。

等离子气流量为15L/min左右时, 不仅保护了矩管, 还保证了离子浓度, 如图33所示。

2.2.3线性范围

待测化妆品为0.5g, 定容为10m L, 配置的标准溶液分别为0.1、0.5、1.0 与2.0g/L, 其回归系数R。此结果表明, 铅砷汞在2mg/L内具有良好的线性, 从而满足检测需要。

2.2.4检出限

根据空白溶液的标准偏差SD, 检出限即3倍SD值, 定量检测限即10倍SD值, 具体的检出限, 如表1所示。

2.2.5回收率与精度

选取不同类型的空白样品, 分别添加铅砷汞混合标准物质, 即:三者浓度分别为1.0、1.0、0.5mg/kg, 制备三个平行样品, 利用离子发射光谱分析方法检测, 其结果为, 铅砷汞的回收率分别为76.3%、87.5%、98.5%, 标准偏差分别为0.46%、2.56%、3.12%。

3结语

综上所述, 在检测化妆品中铅砷汞时, 应用离子发射光谱分析方法, 简化了操作流量, 提高了检测效率, 保证了检测质量。因此, 在日后检测工作中, 应不断探索新型的检测方法, 借助先进的仪器与技术, 从而有效控制我国化妆品中重金属含量。

参考文献

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[2]李野, 尹利辉, 曹进, 等.化妆品中重金属检测方法的现状[J].药物分析杂志, 2013, 10:1816-1821.

[3]顾宇翔, 徐红斌, 葛宇, 等.消解方法对电感耦合等离子体原子发射光谱法测定化妆品中锑镉铬钕的影响[J].理化检验 (化学分册) , 2010, 09:1031-1033+1036.

[4]傅连忠.紫外—可见及电感耦合等离子体光谱技术在药物分析中的应用研究[D].南京理工大学, 2013.

等离子发射分析法 第4篇

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛酸钡中游离钡

建立了用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定钛酸钡中游离钡含量的方法.比较了硝酸和乙酸溶样分离游离钡的.效果,结果表明,ψ=10%的乙酸作为溶剂效果较好.考察了Ba的分析谱线和共存元素干扰问题,Ti对Ba 233.527 nm的测定不产生干扰.标准溶液中加入了与样品量一致的乙酸,保持分析介质的一致性.工作曲线的线性方程为Y=4.219 6 X+0.307 3,方法的线性范围为0.01～100 mg/L,检出限是0.004 mg/L.用于钛酸钡样品的测定,相对标准偏差为1.58%,加标回收率为96.3%～104.0%,测定结果与EDTA滴定法对照,吻合较好.

作 者：王惠敏 张彩云 WANG Hui-min ZHANG Cai-yun 作者单位：广东风华高新科技股份有限公司研究院,广东肇庆,526020刊 名：冶金分析 ISTIC PKU英文刊名：METALLURGICAL ANALYSIS年，卷(期)：200727(6)分类号：O657.31关键词：电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES) 钛酸钡 游离钡

等离子发射分析法 第5篇

根据国家生活饮用水标准中规定[1],饮用水的检测项目应由高达到106项,毒理指标中无机化合物(金属离子化合物)检测指标21项,而铁、锰、锌、铅、铬、镍、铝等元素的检测就在这21项中,原子吸收光谱法(AAS)与氢化物发生原子荧光法(HG-AFS)是水质检测中测定金属元素经常使用的两种分析方法[2]。AAS(火焰法和石墨炉法)每次只能测定1种元素,且线性范围较窄。HG-AFS法一般同时测定As,Sb两种元素,但是其他元素测试还是有一定的缺陷,且检出限值低,试样预处理步骤也比较繁琐[3]。传统的分析方法测定水中多种微量元素,工作步骤多、工作量大。采用电感耦合等离子发射光谱法(ICP-AES)可同时测定水中多种金属离子[4]可大量节约工作时间节省劳动力。

本文主要论述采用ICP-AES法同时测定了贵州黔西南州兴义市各乡镇抗旱打井井水中铁、锰、锌、铅、铬、镍、铝、钾、钠等元素,该方法具有操作简便、快速、线性范围广、结果准确等优点;并介绍几个乡镇井水水质基本情况。

一、实验部分

1. 主要仪器与试剂

电感耦合等离子发射光谱仪德国斯派克BLUE型

标准溶液:国家标准值中心配置,各单独标准溶液浓度值均为1000mg/L,所用盐酸和硝酸均为川东化工生产优级纯GR)试剂,分析水为2次蒸馏去离子水。

2. 标准工作液的配制和工作曲线的制定

电感耦合等离发射光谱(ICP-AES)法具有同时测定多种金属元素的能力,根据试验,在测量地下水、地表水中的金属元素可以按下列组合进行测定,混合标准溶液为Fe、Mn、Zn、Pb、Cr、Ni、Al、K、Na,组合后个元素测定互相不干扰,具体配置浓度见下表:

表1混合工作标准溶液的浓度及相关系数(单位:mg/L)

将各标准溶液按曲线制作要求混合配制成混合标准溶液,然后将仪器调节至待测状态、待仪器稳定后,按仪器工作条件,将混合工作标准溶液依次喷入,制定标准工作曲线。

3. 工作条件选择

仪器工作参数的确定采用多元素优化的折中条件,列于表2

表2仪器工作条件

4. 则定步骤

(1)样品来源

①兴义市白碗窑镇海子村塘上组抗旱打井水

②兴义市乌沙镇洒布村核桃基地抗旱打井水

③兴义市桔山办杨柳村三组抗旱打井水

④兴义市猪场坪乡坪子地村凹猪黑组抗旱打井水

⑤兴义市敬南镇海子村顺山组抗旱打井水

(2)样品预处理

①测定溶解态元素:样品采集后立即通过0.2μm滤膜过滤,弃去100ml初液,然后收集200ml左右的滤液并用(1+1)硝酸把溶液把酸度调节至pH<2。

②测定元素总量:准确量取100ml的已均匀样品,并加入(1+1)硝酸5毫升置于调温电炉上慢慢加热消解,确保溶液不沸腾,缓慢加热至近干、取下冷却,加入硝酸若干毫升,再加入少量水,置于电炉上继续加热使残渣溶解。冷却后用水定容至100ml,使溶液保持5%的硝酸酸度。

(3)试样分析

设置好最佳工作条件,待光源稳定、点火成功后,将空白、标准溶液依次吸入,制定标准曲线,然后再将水样以同样的方法直接测定。由于谱线重叠干扰也有,一般都选两条谱线同时测定,查看干扰谱线,互相干扰谱线要避免选到,采用背景校正和峰高校正。

二、结果与讨论

1. 分析线及观测方向的选择

分析线选择比较重要,选择正确的分析线直及测定方法将会使分析结果准确可靠,选得不对,有些波长叠加,结果偏高;待测元素的分析线选择必须考虑其灵敏度、背景干扰等因素。德国斯派克BLUE型电感耦合等离子发射光谱仪可选各元素第一灵敏线和次灵敏线同时进行检测自动修正结果每个元素按标准配置可以的到较好相关系数。

2. 方法检出限试验

测定21次平行空白溶液,按21次测定结果计算其标准偏差,3倍标准偏差的为检出限、5倍标准偏差的为测量限。

3. 精密度试验

按标准曲线相同工作条件,对样品进行重复测定11次,计算出相对标准偏差(RSD)在0.20%～1.05%之间,说明本方法对各元素的检测精密度都较好,能满足测定要求,结果列于表4。

4. 准确度试验

选水样3 (兴义市桔山办杨柳村三组抗旱打井水),按下表要求配置家标样品,进行回收率检测试验。结果列于表5。

注:一表示未检出

结论:电感耦合等离子发射光谱法(ICP-AES)应用于地下水中多种金属元素的测定,具有快速、简便、检出限低、灵敏度高、线性好的范围广等优点。由兴义水样测试结果可以看出:重金属离子含量均未超过生活饮用水要求,其准确度、精密度均能满足水质分析的要求。通过对兴义市区几种水源的比较分析看出,兴义市各乡村抗旱打井地下水,水中各种金属元素含量较低,属于地下水质分类的I和Ⅱ之间可饮用的井水。

5. 样品测定

按选定试验方法测定采集的5份水样,测定结果列于表6。

参考文献

[1]GB/T 14848-93地下水环境质量标准

[2]辛士刚,王莹.水中多种微量元素的直接测定[J].沈阳师范大学学报(自然科学版),2003,21(2):136 138.

[3]叶林.ICP-AES法测定废水中七种元素[J].铜业工程,2004,15(2):54 56.

等离子发射分析法 第6篇

1实验部分

1.1仪器及工作参数

仪器:IRIS Intrepid ⅡXSP型等离子体发射光谱仪 (美国热电公司生产) 。

仪器工作条件, 氩气压力0.5 MPa。

1.2试剂及标准溶液

硫酸铵 (AR) ; 浓硫酸:质量分数约为98%ρ≈1.84 g/mL;浓盐酸:质量分数约为26%, ρ≈1.19 g/mL;钛元素标准液 (1 mg/mL) , 北京标准物质中心。

1.3样品分解

称取在105±2℃干燥至恒重的样品0.2 g (精确至0.0002 g) , 置于250 mL高型烧杯中, 在通风橱中, 加7～8 g硫酸铵和20 mL浓硫酸摇匀, 将烧杯放在已加热的电热板上缓慢加热, 直至产生强烈白烟, 再继续加强热直至溶解完全[2]。小心冷却, 加50 mL水和20 mL盐酸加热溶解盐类, 冷却后转移到250 mL容量瓶中, 稀释至刻度摇匀, 根据样品中钛含量准确取2～5 mL溶液用2%盐酸稀释至100 mL容量瓶中, 用ICP测定。同时做空白试验。

1.4钛工作曲线制作

准确吸取钛标准溶液 (1 mg/mL) 0.2、1.0、2.0、3.0 mL分别置于100 mL容量瓶中, 用2%盐酸稀释至刻度, 摇匀。将溶液用ICP测定, 制作钛工作曲线。工作曲线钛质量浓度梯度范围为2.0、10.0、20.0、30.0 μg/mL。曲线相关系数r≥0.9999。

1.5钛含量计算

二氧化钛质量分数的计算按下式:

undefined

式中:w (TiO2) 为TiO2的质量分数, %;

m为待测试液中钛的质量, μg;

M为称取试样的质量, g;

V 为所取试样溶液的体积, mL;

250为试样溶液总体积, mL;

1.6685为钛换算为二氧化钛的系数。

2结果与讨论

2.1试验条件的选择

2.1.1谱线的选择

根据谱线强度大小、背景和干扰情况, 选择钛323.452 (104) 和钛337.280 (99) 作为钛的分析谱线。结果表明, 这两条谱线强度大, 干扰小, 背景简单。

2.1.2功率选择

仪器功率档次有750 、950 、1150 、1350、1750W, 经试验, 功率加大时信号加大, 但同时噪音增大, 因此我们选1150W。

2.1.3雾化器压力选择

雾化器压力的增加会使强度降低, 最佳信噪比出现在172.38～206.85 kPa。压力过大时灵敏度降低, 不利于低含量样品的测定, 本法选193.06 kPa。

2.1.4试样溶解及酸度的选择

钛白粉须在硫铵和硫酸的混合溶液中加热才能溶解完全, 但加热时间过长易产生白色沉淀, 所以, 当样品溶解完全时即可停止加热。由于溶液中有大量硫酸存在, 而硫酸黏度较大不易雾化, 本法采用先定容后再稀释测定的方法, 大大降低了溶液中硫酸含量。酸度降低时钛离子易水解, 形成沉淀, 造成溶液混浊, 影响检测结果。因此, 维持适当的酸度可使溶液中金属离子稳定存在, 不出现沉淀。2%的盐酸基体与标准溶液一致。

2.1.5方法的准确度

为了评价方法的准确度, 用GB1706—2006检测5个待测样品, 将ICP测定结果与国标方法进行比较, 结果见表2。

从表2可见, ICP测定与国标方法测定结果相吻合。

2.1.6方法稳定性试验

通过对同一样品重复操作10次, 求得RSD<0.5%, 表明方法的稳定性合乎要求。见表3。

3结论

用ICP-AES测定钛白粉中的二氧化钛成分, 分析周期短, 能够获得较好的分析结果, 比化学法大大缩短了分析时间, 提高了工作效率。

参考文献

[1]美国热电公司.TEVA软件用户手册[M].美国:美国热电公司, 2003.

等离子发射分析法 第7篇

Ni是碳钢中化学成分之一, 是评价碳钢质量的指标之一。目前, 碳钢中Ni的检测方法之一是SN/T 0750-1999[2]标准方法, 该方法是ICP-AES法。该方法操作简便, 测定结果准确。以下将根据JJF 1059-1999[3]标准要求, 对测量碳钢中Ni含量的测量不确定度进行评定。

1 实验部分

1.1 测定原理

试样以硝酸-盐酸溶解并稀释至确定的体积后, 将试样溶液喷入等离子体焰中, 并以此做光源, 在等离子体光谱仪Ni221.6nm处, 测量其光谱强度。镍元素光谱强度与样品中镍的浓度成正比, 通过一系列标准溶液浓度及响应值进行线性回归, 然后利用工作曲线确定测量值, 并计算出样品中镍的质量分数。

1.2 主要仪器与试剂

ICP-AES:IRIS IntrepidⅡ型:美国Thermo公司;

电子分析天平:BS210S型, 分辨率0.0001g, 北京赛多利斯公司;

高纯镍:纯度为 (99.99±0.01) %;国家标准物质研究中心;

盐酸、硝酸:优级纯;

氩气:纯度不小于99.999%。

1.3 测定步骤

称取0.5g (准确至0.1mg) 混合均匀的屑状样品于200ml锥形瓶中, 加入30ml硝酸和3ml盐酸, 待剧烈反应减缓后, 置于电热板上小心加热溶解并冒大气泡, 取下, 冷却后转移到100ml容量瓶中用去离子水混匀定容至刻度, 喷入电感耦合等离子体发射光谱仪, 在波长221.6nm处进行镍的测定。

2 数学模型

对于本实验方法, 综合考虑各项影响因素后, 镍的质量分数按 (1) 式计算:

式中:w——测得样品中镍的质量分数, %

c1——样品溶液中浓度的测定值, ug/ml

c0——样品空白, ug/ml

m———样品称量质量, g

v———被测试样溶液的体积, ml

3 测量不确定度主要来源及分析

(1) 标准储备溶液

(2) 标准溶液稀释过程

(3) 样品制备过程

(4) 测量仪器

(5) 测量重复性

(6) 样品稀释过程

(7) 样品空白扣除引入的不确定度

4 标准不确定度的评定

4.1 标准储备溶液浓度的不确定度分量

镍标准储备溶液 (1000ug/ml) 的制备过程:称取1.0000g镍于100ml烧杯中, 用酸溶解后移入1000ml容量瓶中, 稀释至刻度混匀。镍标准储备溶液浓度按 (2) 式计算:

式中:cs——镍标准储备溶液浓度, ug/ml

P——镍标准物质的纯度, %

Vs——标准溶液的定容体积, ml

4.1.1 标准物质纯度引入的不确定度分量

镍标准物质纯度为 (99.99±0.01) %。按指南要求, 如果±a的限值给出时没有给定置信水平, 认为可能是极限值, 通常假定为矩形分布, , 则标准物质纯度的相对标准不确定度为:

4.1.2 称量过程引入的不确定度

(1) 天平校准引入的不确定度。检定证书给出最大允许误差为±0.1mg, 按矩形分布考虑, 则天平校准引入的不确定度为:

(2) 称量变动性引入的不确定度。检定证书给出变动性标准偏差为±0.15mg, 按矩形分布考虑, 则称量变动引入的不确定度为:

由于称量过程中要称量两次, 一次为皮重, 一次为总重, 因此称量的标准不确定度为:

4.1.3 定容过程引入的不确定度

(1) 容量瓶体积导致的不确定度.20℃时1000ml A级容量瓶最大允许误差为±0.40ml, 按矩形分布考虑, 则:

(2) 容量瓶和溶液温度与校正温度不同引起的体积不确定度.体积的体积膨胀明显大于容量瓶的体积膨胀, 因此, 只需考虑前者即可。由于标准物质定容时溶液温度为24℃, 校正温度为20℃, 则测量温差为4℃, 水的体积膨胀系数为2.1×10-4/℃, 因此产生的体积变化区间为±1000×4×2.1×10-4=±0.84ml, 该不确定度分量按矩形分布考虑, 则:

则定容过程的合成相对标准不确定度为:

由上述评定可知, 标准储备液制备过程引入的不确定度主要来源于称量过程的不确定度分量及定容过程的不确定度分量, 而标准物质纯度的不确定度分量远于前两项, 按JJF1059-1999的要求可忽略.则标准储备液浓度的合成不确定度为:

4.2 标准溶液稀释过程引入的不确定度分量

用1ml移液管移取1.0ml镍标准储备液, 置于100ml (A级) 容量瓶中, 用去离子水稀释至刻度, 混匀, 制成10ug/ml的镍标准使用溶液。标准溶液稀释引入的不确定度来自移液管、容量瓶校准及温度变化三个方面。

4.2.1 移液管校准引入的不确定度

1.0ml分度吸管 (A级) 其最大允许误差为±0.008ml, 按矩形分布考虑, 则:

4.2.2 容量瓶体积校准引入的不确定度

20℃时100ml A级容量瓶体积最大允许误差为±0.10ml按矩形分布考虑, 则:

4.2.3 容量瓶和溶液温度与校正时温度不同引入的体积不确定度

标准溶液稀释时温度为22℃, 水的体积膨胀系数为2.1×10-4/℃, 因此产生的体积变化去件为±100×2×2.1×10-4=±0.042ml, 由此引入的不确定度按矩形分布考虑, 则:

u稀, 1, re1远大于u稀, 2, re1和u稀, 3, re1, 可以认为标准溶液稀释过程的不确定度主要来自u稀, 1, re1, 即:

4.3 样品制备过程引入的不确定度u制

4.3.1 取样引入的不确定度

由于样品混合均匀, 并且随机取样, 可认为均匀性、代表性充分, 因此可忽略取样过程中引入的不确定度。

4.3.2 称量引入的不确定度

使用最大称量为210g的电子天平称取0.5g (准确至0.1mg) 样品。该天平最大允许误差为±0.1mg, 按矩形分布考虑, 样品称量过程引入的不确定度为:

4.3.3 定容过程引入的不确定度

(1) 容量瓶体积导致的不确定度.20℃时100ml A级容量瓶最大允许误差为±0.10ml, 按矩形分布考虑, 则:

(2) 容量瓶和溶液温度与校正温度不同引起的体积不确定度.体积的体积膨胀明显大于容量瓶的体积膨胀, 因此, 只需考虑前者即可.由于标准物质定容时溶液温度为22℃, 校正温度为20℃, 则测量温差为2℃, 水的体积膨胀系数为2.1×10-4/℃, 因此产生的体积变化区间为±100×2×2.1×10-4=±0.042ml, 该不确定度分量按矩形分布考虑, 则:

则定容过程的合成相对标准不确定度为:

4.3.4 溶解转移回收率导致的不确定度

由于加热等过程导致样品损失、污染或转移损失等, 使待测元素不能100%进入测定溶液中。采用本方法测得样品的回收率e在96%-106%之间。由于回收率可能值的概率分布区间的上下界相对于最佳估计值不对称, 在缺乏用于准确判定其分布状态的信息时, 按矩形分布处理。回收率不确定度按JJF1059-1999中5.8节计算, 即:

式中:b+= (106-100) %=6%

b-= (100-96) %=4%

则u回=0.029, 测得回收率的平均值为

urel (m) 、urel (Vv) 之值相对于u回, rel非常小, 可以忽略不计。因此, 样品制备过程引入的不确定度u主要来源于溶样回收率。即:

4.4 测量仪器的不确定度分量u仪

测量仪器的不确定度主要来源于仪器示值的变化量、检出限以及由浓度-强度所绘制标准曲线拟合产生的不确定度。由于标准曲线上的测量数据点重复性稳定, 任取一个标准样品短时间内进行20次重复测定, 仪器的标准偏差为0.013, 变异系数为1.3%.曲线上所有测量点均落在同一直线上 (直线相关系数r=0.9999) 。因此, 不确定度模型中未考虑浓度-强度的线性模型所带来的不确定度。

有仪器校准证书可知, 仪器的示值变化量的相对误差为1.0%, 符合正态分布, k=2, 由此得出测量仪器的不确定度为:

4.5 重复性不确定度重u重

在重复性条件下对样品进行5次独立测定所得镍的含量分别为:0.0205、0.0203、0.0208、0.0209、0.0206%, 平均值为0.0206%, 则测量的标准不确定度为:

测量重复性的相对标准不确定度:

5 相对合成标准不确定

由不确定度的分析可知, 各分量互不相关, 则碳钢中镍的测定方法的相对合成标准不确定度为:

6 拓展不确定度

取包含因子k=2, 则测定结果的相对拓展不确定度为:

拓展不确定度为:

7 检测不确定度的报告与形式

碳钢u=1.5×10-5 k=2

8 结论

从以上分析可知, 采用ICP-AES法测定碳钢中Ni元素的含量, 其拓展不确定度为1.5×10-5, 测量不确定度主要来源于溶样回收率和测量重复性。

参考文献

[1]国家质量技术监督局, 测量不确定度评定与表示指南[M].北京:中国计量出版社, 2000

[2]SN/T0750-1999进出口碳钢、低合金钢中铝、砷、铬、钴、铜、磷、锰、钼、镍、硅、锡、钛、钒含量的测定--电感耦合等离子体原子发射光谱 (ICP-AES) 法[S]

[3]JJF1059-1999测量不确定度评定与表示[S]

等离子发射分析法 第8篇

1 现行测定高纯氢氧化钠中杂质含量的方法

1.1 氧化钙的测定

采用带有背景和扣除装置的原子吸收分光光度计、钙空心阴极灯、空气压缩机、乙炔钢瓶等仪器设备, 将经盐酸酸化后的试样溶液, 吸入空气-乙炔火焰中, 测定由钙空心阴极灯发射出波长为422.7nm时的吸收值。

1.2 二氧化硅的测定

采用酸度计和分光光度计 (配有不同的比色皿) , 同时使用盐酸溶液 (150g/L) 、氟化钠溶液 (20g/L) 、硼酸溶液 (48 g/L) 、二水钼酸钠溶液 (140 g/L, 该溶液一周更换一次) 、硫酸溶液 (400 g/L) 、氯化钠溶液 (70 g/L) 、磺酸溶液 (由无水亚硫酸钠、1-氨基-2-萘酚-4-磺酸和无水偏重亚硫酸钠按比例配制, 该溶液每2～3周更换一次) 、L-抗坏血酸 (25 g/L, 此溶液使用前配制) 、二氧化硅标准溶液 (0.500 g/L) 、二氧化硅溶液 (0.010 g/L, 使用前配制) 等试剂和材料。

在盐酸介质中, 用氟化钠处理, 使任何形态的聚合硅解聚;在硼酸存在下, 掩蔽氟离子干扰, PH值为1.1±0.2时, 形成氧化态硅钼酸盐;在草酸存在下, 于强硫酸介质中, 选择性的还原硅钼盐配合物, 以消除磷酸盐的干扰, 在最大吸收波长处测定吸光度。根据用二氧化硅标准溶液做出的标准曲线计算二氧化硅的含量。

1.3 三氧化二铝的测定

采用分光光度计仪器, 同时使用15%的盐酸、30%的冰乙酸、10%的抗坏血酸、乙酸胺、乙酸-乙酸胺缓冲溶液 (PH=4.5) 、铝试剂溶液 (0.05%, 使用期一个月) 、阿拉伯树胶粉、铝标准溶液 (0.1 mg/L) 、铝标准溶液 (0.01 mg/L, 使用时配制) 等试剂。

在PH=4.5的乙酸介质中, 铝与铝试剂 (玫红三羧酸铵) 生成微红色络合物, 加入保护胶, 使溶液颜色稳定, 用分光光度计测定吸光度。根据用铝标准溶液做出的曲线求出铝的含量。

2 电感耦合等离子发射光谱法 (ICP法) 测定高纯氢氧化钠中杂质含量

2.1 仪器与试剂

电感耦合等离子发射光谱仪 (功率1.1kw、辅助气0.2Lpm、冷却气19 Lpm、泵速0.7mL/min、雾化器0.08Pa/mm2)

高纯盐酸、高纯水、钙标液 (mg/L) 、铝标液 (mg/L) 、硅标液 (mg/L)

2.2 杂质测定方法

标准加入法。称取100克32%高纯氢氧化钠试样, 加入高纯盐酸中和后, 冷却至室温, 将溶液全部转移到200mL容量瓶中, 稀释至刻度, 分别向三个100mL容量瓶加入25mL该溶液, 依次加入钙、铝、硅的混标准溶液 (标液的加入量按照国标规定32%氢氧化钠优级品杂质要求计算, 一般加标量为被测量的3～5倍) , 用超纯水稀释至刻度, 摇匀。选择仪器进样管路的冲洗时间为50秒, 提升时间为30秒, 在提升时间内将进样针放入待测样品中, 依次测量三个容量瓶内的样品, 通过测定Ca、Al、Si元素光谱线的强度而求出三种元素的含量 (μg/mL) 。

选取生产中杂质含量相差比较大的A、B两批样品, 以Ca测定为例, 分析数据见表1。

由这两个样品的分析数据可以看出, 测定的相关系数非常接近, 说明测定结果的准确性高。

为了进一步证明此方法的准确性和可靠性, 我们做了回收实验, 用已知Ca含量的氢氧化钠为底液, 定量加入钙标准溶液, 实验数据见表2。

从测定结果看, 回收率大于95%, 对于痕量分析, 完全能够满足要求。

同时按照上述方法测定了铝、硅含量, 相关系数和加标回收率均能满足要求 (数据略) 。

2.3 计算

CaO的含量根据下面公式求出

其中:C——样品中钙含量, μg/L

m——称取试样的质量, g

1.3992——钙换算为氧化钙的系数。

2.4 对比实验

表3同一样品不同方法测定的32%NaOH中氧化钙含量的对比实验 (%)

上述数据证明了ICP法准确度高, 精密度好。

表4同一样品不同方法测定的32%NaOH中氧化铝和氧化硅含量的对比实验 (%)

通过对比结果看出, ICP法和分光光度法分析结果基本一致, 用ICP法不仅简便快速、分析结果准确, 而且避免了试剂的浪费。

综合以上试验结果, 我们对50% NaOH中这几种杂质含量的测定, 同样采用ICP法进行了试验, 所不同的是由于50% NaOH中杂质含量相对32%NaOH较高, 称样量做了相应调整, 改取样量为50g, 结果表明, ICP法也同样适用于50% NaOH中杂质含量的测定。

3 结论

ICP法测定高纯氢氧化钠中杂质含量, 有较高的准确度、精密度和加标回收率, 检测限为1μg/L, 能准确检测高纯氢氧化钠中微量杂质含量, 满足国标中关于检测限的要求;相对于分光光度法, ICP法测定高纯氢氧化钠中氧化铝和氧化硅含量的选择性更好;ICP法对样品处理程序简单, 易操作, 使用辅助化学试剂量小、种类少, 可以减少化学试剂消耗和化验残液排放。与现行国标推荐方法比较, ICP法具有操作简便、省材、省时和灵敏度高等特点, 适用于批量样品的测定。

参考文献

[1]GB/T11200.3高纯氢氧化钠试验方法第3部分:钙含量的测定火焰原子吸收法

[2]武汉大学.分析化学 (第四版) .北京:高等教育出版社, 2004

等离子发射分析法 第9篇

目前焊锡行业一些工厂加入量的锗,以提高钎料的抗氧化能力。但对于如何检测焊锡中锗的含量,国内外还没有标准方法来指导行业内对焊锡中锗含量的检测,因而本文经过实验论证,提出检测焊锡中锗含量的方法,供大家参考,希望通过相互间的实验比对,以求得对该方法提出改进意见,并加以完善。

锗的熔密度5.32 g/cm3,锗可划归稀散金属,锗化学性质稳定,常温下不与空气或水蒸汽作用,但在600～700 ℃时,很快生成二氧化锗。与盐酸、稀硫酸不起作用。浓硫酸在加热时,锗会缓慢溶解。在硝酸、王水中,锗易溶解,锗在王水中溶解后生成GeCl4,GeCl4在80 ℃时挥发。碱溶液与锗的作用很弱,但熔融的碱在空气中,能使锗迅速溶解。本文利用带有CCD固体检测器的高分辨率全谱直读光谱仪(ICP-OES)直接测定焊锡中的Ge,方法简单,结果可靠。

1 实验部分

1.1 仪器与工作条件

使用全谱直读型电感耦合等离子体发射光谱仪Varian 710ES ICP-OES(美国Varian公司),自激式空冷40.68 MHz射频发生器;色散系统为中阶梯光栅多色器,焦距400 mm,闪耀角9°48′,波长范围:175～785 nm;CCD固体检测器。等离子体功率 0.7～1.5 kW可调;等离子气流量、辅助气流量、雾化气流量均连续可调,使用玻璃同心雾化器,气旋式雾化室,三同心石英矩管,蠕动泵进样系统。

采用Varian 710ES ICP-OES测定元素最佳分析条件:

冷却气流量12.0 L/min,辅助气流量1.50 L/min,雾化气流量1.0 L/min,射频功率1200 W,蠕动泵转速15 r/min,积分时间5 s,清洗时间10 s,重复测定3次,氩气≥99.999%。

1.2 试剂与标准溶液

标准储备液:锗1000 mg/L(上海市计量测试技术研究院),临用时逐级稀释,先将1000 mg/L的锗标准溶液配制成为100 mg/L的标准储备液,标准溶液介质为5 %硝酸。实验所用试剂均为优级纯,全部试剂和试液均采用超纯水配制。

用100 mg/L锗的标准储备液配制成一系列标准溶液,浓度分别为0.00 μg/mL、0.10 μg/mL、0.50 μg/mL、2.50 μg/mL、5.00 μg/mL,以5 %HNO3溶液为介质,各加入100 mg/L钇标准溶液1 mL作为内标物。

1.3 试样制备

试样经钻取、吸铁、缩分,贮于密封袋中,备用。

1.4 试样分解

称取约1.0 g试样,精确至0.0002 g,置于玻璃烧杯中,用水润湿,加入10 mL硝酸,2 mL过氧化氢,在电炉上低温加热溶解,冷却后,移入100 mL容量瓶中,加入100 mg/L钇标准溶液1 mL作为内标物,用水稀释至刻度,摇匀,待用,同时做空白试液。

2 实验过程关键参数的选择与讨论

2.1 仪器工作参数的选择

2.1.1 高频发生器(RF)功率的选择

实验结果表明,大多数元素随功率的增加谱线强度增加, 这有利于改善检测的精度,但功率增大到一定程度信背比反而下降, 且功率过大容易烧坏炬管, 采用5 mg/L的锗标准溶液,测试了RF为850 W、950 W、1000 W、1150 W及1250 W时锗的灵敏度和稳定性,综合考虑本文选择最佳高频功率为1200 W。

2.1.2 冷却气流量

冷却气流量主要根据高频功率的大小来选择,高功率会导致炬管过热,应相应增大冷却气流量。在高频发生器功率为1200 W的条件下,分别以9.0 L/min、10.0 L/min、12.0 L/min、15.0 L/min、18.0 L/min的冷却气流量观察,过低的冷却气流量容易引起炬管烧融,故折衷选择冷却气流量为15.0 L/min。

2.1.3 辅助气流量

试验结果表明,随着辅助气流量的增加,信号强度也随着增加。经过仪器的条件优化,选择辅助气流量为1.5 L/min。

2.1.4 雾化气流量

雾化气流量是影响信号强度的重要因素之一,随着雾化气流量增加,样品的提升量增加,谱线强度随着增加。通常较低雾化气流量使等离子体更稳定,而较高的雾化气流量所测得的检出限更好。实验中分别以0.75、0.8、0.9、1.0、1.1 L/min的雾化气流量观察,0.75 L/min时检测的灵敏度不够高,样品提取量增大时,分析的精确度反而会降低,故选择样品雾化气流量为1.0 L/min。

根据实验得到较佳的工作条件是:功率1200 W,冷却气流量15 L/min,辅助气流量为1.5 L/min,雾化气流量1.0 L/min。

2.2 酸度的选择和影响

改变溶液介质浓度为1%、2%、3%、4%、5%、6%体积分数的HNO3,进行峰值扫描,观察不同浓度的硝酸介质对元素发射信号的影响,结果表明,6%以下的HNO3酸度基本上不影响锗的测定。为了与标准溶液的酸度相匹配,本文选择酸度为5%的样品进行测定。

2.3 分析线的选择

查阅仪器操作软件谱线数据库,筛选出适合焊锡中Ge元素测定的谱线,比较了Ge 209.426 nm, Ge 265.117 nm, Ge 206.866 nm, Ge 219.871 nm, Ge 204.377 nm五条不同强度分析线,根据计算机显示的谱线及背景轮廓和强度值,选择背景低、信背比高、干扰小的谱线为待测元素分析用谱线。经过样品溶液多次扫描,确定Ge的最佳分析线为265.117 nm。

2.4 背景干扰与扣除

根据ICP-OES计量的结果,Ge 265.117 nm的半峰宽为0.012 nm,考察半峰宽内的元素的干扰情况,样品溶液中Ge的含量水平,研究基体干扰及各元素对Ge谱线的光谱干扰。经定性分析发现,样品中Hf、Nb、Ta、Ru含量在0.1 mg/L以下, 在分析过程中,以波长265.117 nm为分析线对样品进行扫描测定,利用仪器软件提供的独有的多组分光谱拟合(Fitted)技术,自动进行背景矫正扣除基体效应,消除基体干扰。结果表明,在本实验的测定条件下,焊锡基体及其他共存元素对Ge的测定基本没有影响。

2.5 工作曲线

2.6 方法的准确度

为考察本法的准确度,本实验采用加标回收法来验证方法的回收率,以标准溶液的形式加入已知量的锗,按样品相同的分析条件处理、测定,回收率见表1。

2.7 方法的精密度和检出限

在本法测定条件下,对某焊锡厂生产加有锗100 mg/kg含量的焊锡,进行11次平行实验,计算相对标准偏差测试结果见表2。

在最佳操作参数条件下,重复测定空白溶液11次,以空白信号测定值的3倍标准偏差所对应的方法检出限为10 mg/kg。

3 结 论

本文研究了焊锡中锗元素溶样方法的选择、谱线选择、基体及共存元素的干扰情况,焊锡基体不影响测定结果的准确性。采用Varian 710ES轴向 ICP-OES等离子体发射光谱仪测定焊锡中的锗Ge,无需繁琐的化学分析,简便快捷,数据准确可靠,能满足试样测定的需要。

参考文献

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