分享：電感耦合等離子體質譜法測定高純 五氧化二鉭中２０種痕量雜質元素
劉 婷，白煥煥，雷小燕，羅 策，李 劍
（寶鈦集團有限公司，寶雞７２１０１４）
摘 要：將五氧化二鉭樣品在１０５℃下烘干２ｈ，冷卻至室溫后，取樣品０．５０００ｇ，加入氫氟酸５ｍＬ，硝酸２．５ｍＬ，按程序升溫微波消解，用水定重至５０．０ｇ。應用動態反應池技術消除多原子離子對鐵元素的干擾，甲烷反應氣流量為０．２ｍＬ·ｍｉｎ－１，Ｒｐｑ為０．８０。以標準加入法補償基體效應制作標準曲線，采用電感耦合等離子體質譜法測定２０種雜質元素的含量。各元素的檢出限（３狊）在０．００９～０．５３μｇ·ｇ－１之間，用標準加入法做回收試驗，測得回收率在９０．０％～１１６％之間，測定值的相對標準偏差（N＝１１）在１．８％～１７％之間。
關鍵詞：電感耦合等離子體質譜法；動態反應池；五氧化二鉭；雜質元素
中圖分類號：Ｏ６５７．６３ 文獻標志碼：Ａ 文章編號：１００１４０２０（２０１７）０４０４５１０５
ICP-MS Determination of 20 Trace lmpurity Elments in
High Purity Tantalum Pentoxide
LIU Ting BAI Huan-huan LEI Xiao-yan,LUO Ce,LI Jian
Abstract：Ｔａｎｔａｌｕｍｐｅｎｔｏｘｉｄｅｓａｍｐｌｅｗａｓｄｒｉｅｄｆｏｒ２ｈａｔ１０５℃．Ａｆｔｅｒｃｏｏｌｉｎｇｔｏｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ
ｓａｍｐｌｅ（０．５０００ｇ）ｗａｓｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈ５ｍＬｏｆＨＦａｎｄ２．５ｍＬｏｆＨＮＯ３ｉｎａｍｉｃｒｏｗａｖｅｄｉｇｅｓｔｏｒｕｎｄｅｒｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｌｅｖａｔｉｏｎ．Ｗａｔｅｒｗａｓａｄｄｅｄｔｏｔｈｅｄｉｇｅｓｔｅｄｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏｍａｋｅｔｈｅｍａｓｓｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎａｔｔａｉｎｅｄｔｏ５０．０ｇ．
ＴｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｓｕｓｅｄｆｏｒＩＣＰＭＳｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ２０ｉｍｐｕｒｉｔｙｅｌｅｍｅｎｔｓ．Ｄｙｎａｍｉｃｒｅａｃｔｉｏｎｃｅｌｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓ
ａｄｏｐｔｅｄｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆｐｏｌｙａｔｏｍｉｃｉｏｎｓｔｏＦｅ，ｗｉｔｈａｆｌｏｗｒａｔｅｏｆ０．２ｍＬ·ｍｉｎ－１ｆｏｒＣＨ４ｒｅａｃｔｉｏｎ
ｇａｓａｎｄＲｐｑｏｆ０．８０，ａｎｄｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄａｄｄｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｃｏｒｒｅｃｔｔｈｅｍａｔｒｉｘｅｆｆｅｃｔｉｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆ
ｓｔａｎｄａｒｄｃｕｒｖｅｓ．Ｖａｌｕｅｓｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎｌｉｍｉｔｓ（３狊）ｆｏｕｎｄｆｏｒｔｈｅ２０ｅｌｅｍｅｎｔｓｗｅｒｅｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ０．００９－０．５３μｇ·
ｇ－１．Ｔｅｓｔｆｏｒｒｅｃｏｖｅｒｙｗａｓｍａｄｅｂｙｓｔａｎｄａｒｄａｄｄｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｇｉｖｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ９０．０％－１１６％，ｗｉｔｈ
ＲＳＤｓ（N＝１１）ｒａｎｇｅｄｆｒｏｍ１．８％ｔｏ１７％．
Keywords ：ＩＣＰＭＳ；Ｄｙｎａｍｉｃｒｅａｃｔｉｏｎｃｅｌｌ；Ｔａｎｔａｌｕｍｐｅｎｔｏｘｉｄｅ；Ｉｍｐｕｒｉｔｙｅｌｅｍｅｎｔｓ
高純五氧化二鉭是生產晶書鉭的原料，也可作為光學玻璃改性劑用以制造高折射率的透鏡，在電子、化工等領域得到廣泛應用。市場對高純五氧化二鉭的需求日益劇增，純度要求也越來越高。因此在使用之前，必須對其雜質成分進行準確測定。高純五氧化二鉭產品標準為 ＹＳ／Ｔ５４７－２００７［１］，其化學成分仲裁 方 法 按 ＧＢ／Ｔ１５０７６－２００８《鉭鈮化學分析方法》進行［２］。其中雜質元素的測定共有五個分標準，但仍有砷、鉍、鈷、鎂、釩、硼等元素沒有分析方法，上述試驗方法已經無法滿足現有產品標準中元素的測定要求。隨著現有儀器的發展，對高純金屬中痕量元素的測定，電感耦合等離子體質譜法（ＩＣＰＭＳ）具有靈敏度高、檢出限低等優勢，成為現有分析痕量及超痕量元素最有力的技術.之一［３９］。目前，文獻中報道關于電感耦合等離子體質譜法測定鉭及鉭的氧化物的分析方法已有不少，如采用內標校正基體效應ＩＣＰＭＳ測定超高純鉭鈮及其化合物中痕量雜質元素［１０］，但對受多原子離子干擾的鐵元素并未進行測定；通過屏蔽矩冷等離子體技術來減小多原子離子干擾并運用標準加入法補償基體效應，采用電感耦合等離子體質譜法測定高純五氧化二鉭中２８種雜質元素［１１］，均取得滿意的結果。
本工作建立了不分離基體，采用標準加入法補償基體效應，電感耦合等離子體質譜法同時測定高純五氧化二鉭樣品中２０種痕量雜質元素。試驗中電感耦合等離子體質譜儀采用先進的動態反應池（ＤＲＣ）技術［１２１５］，以甲烷氣體為反應氣，有效降低了４０Ａｒ１６Ｏ 多原子離子對５６Ｆｅ的干擾，以提高測定結果的準確性。
１ 試驗部分
１．１ 儀器與試劑
ＥＬＡＮＤＲＣｅ型電感耦合等離子體質譜儀；ＢＥＲＧＨＯＦ ＭＷＳ３ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ 型 微 波 消 解 儀；
ＭｉｌｌｉＱ型超純水機。鋁、砷、硼、鉍、鈷、鉻、銅、鎂、錳、鉬、鈉、鐵、鈮、鎳、鉛、錫、鈦、釩、鎢、鋯混合標準儲備溶液：質量濃度均為１０００ｍｇ·Ｌ－１，使用前用氫氟酸硝酸水（１＋１＋９８）混合液稀釋至１．０ｍｇ·Ｌ－１。鎂、銦、鋇、鈰、鈾、鈹、鈷、鉛、銠混合標準溶液：質量濃度均為１０μｇ·Ｌ－１，介質為硝酸（１＋９９）溶液。氫氟酸、硝酸均為ＢＶⅢ級超凈 高純試劑；試驗用水為超純水（電阻率為１８．２ＭΩ·ｃｍ）。
１．２ 儀器工作條件
１）微波消解條件 微波消解功率１５００Ｗ，壓力５ＭＰａ，３ｍｉｎ升溫至１５０℃，保持５ｍｉｎ；３ｍｉｎ
升溫至１７５℃，保持４０ｍｉｎ；３ｍｉｎ降溫至１３０℃，保持１０ｍｉｎ；１ｍｉｎ降溫至５０℃，保持１ｍｉｎ。
２）ＩＣＰＭＳ條件 反應氣為甲烷氣體，流量０．２ｍＬ·ｍｉｎ－１，低質量截取閾值（Ｒｐｑ）為０．８０，射
頻功率１１００Ｗ；等離子體流量１５Ｌ·ｍｉｎ－１，輔助氣流量１．２Ｌ·ｍｉｎ－１，霧化氣流量０．８３Ｌ·ｍｉｎ－１；氧化物 （ＣｅＯ＋／Ｃｅ＋ ）水 平 ０．０１７，雙 電 荷 （Ｂａ２＋／Ｂａ＋ ）水 平 ０．０１２；靈 敏 度 指 標：銦 信 號 強 度 為１２８６９０ｃｐｓ，背景水平２２０＋ 為１．００ｃｐｓ；鎳采樣錐孔徑１．１ｍｍ，鎳截取錐孔徑０．９ｍｍ；檢測器為雙模模式，數據采集為跳峰模式。
１．３ 試驗方法
將試樣在１０５℃下烘干（約２ｈ），待放置室溫后，稱取五氧化二鉭樣品０．５０００ｇ置于微波消解罐中，依次加入氫氟酸５ｍＬ，硝酸２．５ｍＬ，旋緊密封，按微波消解程序運行。微波消解至溶液清亮，少量多次轉入塑料瓶中，用水稀釋至５０．０ｇ，混勻。將分析試液分取１０．０ｇ于５個１００ｍＬ塑料瓶中，分別加 入 １．０ ｍｇ·Ｌ－１ 混 合 標 準 溶 液 ０，１００．０，３００．０，５００．０，１０００．０μＬ，用水稀釋至１００ｍＬ，混勻待用。隨同試料做空白試驗，作為試劑空白。按儀器工作條件對試劑空白溶液和試樣溶液進行測定。
２ 結果與討論
２．１ 儀器工作條件的選擇
２．１．１ 霧化氣流量
試驗考察了霧化氣流量在０．７５～０．９０Ｌ·ｍｉｎ－１之間（以０．０１Ｌ·ｍｉｎ－１遞增）時銦的信號強度變化情況。當霧化氣流量增加至０．８３Ｌ·ｍｉｎ－１時，信號強度最大，為１２８６９０ｃｐｓ，隨后信號強度呈遞減趨勢。銦強度最大時，氧化物（ＣｅＯ＋／Ｃｅ＋ ）水平為０．０１７，雙電荷（Ｂａ２＋／Ｂａ＋ ）水平為０．０１２，背景水平２２０＋ 為１．００ｃｐｓ，試驗性能最佳。試驗選擇霧化氣流量為０．８３Ｌ·ｍｉｎ－１。
２．１．２ 離子透鏡電壓參數
試驗考察了離子透鏡電壓在４．００～１２．００Ｖ（以０．２５Ｖ遞增）時鈹、鈷、銦等３個代表低、中、高
等３個階段質量數的元素對應的透鏡電壓情況，見表１。
２．２ 同位素的選擇
在電感耦合等離子體質譜法同位素的選擇中主要考慮到分析元素產生的質譜干擾，主要有同質異位素、多原子離子、氧化物、雙電荷干擾，這些干擾嚴重影響測定結果的準確性，應盡可能排除。選擇同位素時既要考慮選豐度大的同位素，又要避免同質異位素干擾，還應考慮到潛在干擾。其中氧化物、雙電荷干 擾 可 以 通 過 試 驗 前 儀 器 的 調 諧 優 化，使
ＣｅＯ＋／Ｃｅ＋ ≤３％，Ｂａ２＋／Ｂａ＋ ≤３％。然而多原子離子 干 擾 如５６ Ｆｅ 和５７ Ｆｅ 的 測 定 受 到 ４０Ａｒ１６Ｏ、４０Ｃａ１６Ｏ、４０Ａｒ１６Ｏ１Ｈ、４０Ｃａ１６Ｏ１Ｈ 的干擾，５２Ｃｒ和５３Ｃｒ分別受到４０Ａｒ１２Ｃ和３５Ｃｌ１６Ｏ１Ｈ 的干擾，可通過選擇合理的試劑來消除。如７５Ａｓ受４０Ａｒ３５Ｃｌ的干擾，溶劑不宜采用鹽酸，也可通過反應池技術使４０Ａｒ１６Ｏ等多原子離子數量顯著降低，提高測定的靈敏度，此
外基體氧化物離子也應力求避免 ＴａＯ＋ 重疊干擾。試驗過程中被測元素不受基體氧化物的干擾，共存元素間也互相不產生干擾，同時所用試劑也不產生多原子 離 子 干 擾，優 化 后 的 最 佳 質 量 數 結 果 見表２。
２．３ 動態反應池參數的選擇
常用的消除質譜干擾的辦法有測定前分離基體、采用儀器的干擾校正方程、優化儀器參數屏蔽矩冷等離子體技術以及動態反應池技術。儀器自帶的動態反應池技術可以減小４０Ａｒ１６Ｏ 多原子離子對５６Ｆｅ元素的干擾。試驗采用甲烷氣體作為反應氣體，反應原理為 ＡｒＯ＋ 失去電荷分解為中性氬原子和氧原子，無法進入四極桿，則鐵受到的干擾即被消除，見式（１）：
ＣＨ４ ＋ＡｒＯ＋ →ＣＨ４＋＋Ａｒ＋Ｏ （１）為了達到儀器的最佳檢出限，儀器需要優化的反應池參數有反應氣流量和Ｒｐｑ。試樣溶液中加入１０μｇ·Ｌ－１鐵標準溶液，試驗考察了甲烷氣流量在０．１～１．０ｍＬ·ｍｉｎ－１時對鐵元素的影響，同時進行Ｒｐｑ的調節，設定范圍在０．４５～０．８０之間。在反應池模式下，通過調節 Ｒｐｑ大小控制反應程度，還可以有效消除反應副產物，避免二次產生的干擾分子離子對鐵元素的影響，提高了反應效率。試驗中選定甲烷氣流量為０．２ｍＬ·ｍｉｎ－１，Ｒｐｑ與鐵元素產生的信號強度關系見圖１
由圖１可知：隨 Ｒｐｑ的遞增，鐵元素的信號強度急劇降低，說明Ｒｐｑ的大小對鐵信號強度影響較大。試驗選擇Ｒｐｑ為０．８０，此時鐵的背景等效質量濃度為２．５６μｇ·Ｌ－１，信號強度為２３７４ｃｐｓ。
２．４ 基體效應的影響
合等離子體質譜法測定中基體效應是指基體元素在測定過程中使待測元素信號強度增強或抑制的非譜線干擾，試驗發現基體氧化鉭對被測元素有抑制作用。消除基體氧化鉭的方式有內標校正法［１０］，但內標校正法對內標元素的選擇要求高且并不能完全消除基體效應。文獻［１１］研究發現分析元素的回收率隨基體量的增加而顯著降低，且對輕質量元素的影響更加明顯，采用標準加入法可消除基體影響。五氧化二鉭的熔沸點高，鍵能較強，很容易在樣品錐口沉積，從而導致錐口堵塞，降低分析測試的穩定性。同時考慮到大多數被測元素的靈敏度，試驗選擇五氧化二鉭基體的質量濃度為１．０００ｇ·Ｌ－１，采用標準加入法消除基體效應。
２．５ 標準曲線及檢出限
五氧化二鉭中２０種雜質元素的線性范圍、線性回歸方程及相關系數見表３。采用純度較高的五氧化二鉭試樣作為基體空白，其質量濃度為１．０００ｇ·Ｌ－１。對空白溶液測定１１次，以３倍的空白溶液測定值的標準偏差計算檢出限（３狊），以１０倍的標準偏差計算測定下限（１０狊），結果見表３。由表３可知：各雜質元素的檢出限在０．００９～０．５３μｇ·ｇ－１之間，測定下限在０．０３２～１．７８μｇ·ｇ－１之間，線性相關系數大于０．９９９１。
２．６ 精密度和回收試驗稱取３份五氧化二鉭試樣０．５０００ｇ于消解罐內，分別加入０，０．０５，０．２５，０．５０，２．５０ｍＬ混合標準溶液，按試驗方法測定，每份試液平行測定１１次，計算回收率和測定值的相對標準偏差（ＲＳＤ），結果見表４。
由表 ４ 可 知：２０ 種 元 素 的 加 標 回 收 率 在９０．０％～１１６％ 之間，測定值的 ＲＳＤ 在 １．８％ ～１７％之間。本工作采用氫氟酸和硝酸混合酸微波消解試樣，建立了電感耦合等離子體質譜法同時測定五氧化二鉭中２０種雜質元素，優化了儀器工作參數，使用甲烷氣體為反應氣體降低４０Ａｒ１６Ｏ 多原子離子對５６Ｆｅ元素的干擾，采用標準加入法校正、補償基體效應。方法的準確度、精密度高，測定周期短，滿足樣品的日常測定需求。
（文章來源：材料與測試網-理化檢驗-化學分冊）
浙公網安備 33042402000106號
