ICP-AES测定金属硅中的硼

卞大勇

(天津华北地质勘查局，天津 300181)

金属硅是工业提纯的单晶硅，主要用于生产有机硅、制取高纯度的半导体材料以及配制有特殊用途的合金等。是非常重要的工业材料。硼作为金属硅中的一项重要杂质元素，能够准确快速地测定具有非常重要的意义。电感耦合等离子发射光谱仪（ICP-AES）现已得到广泛应用，金属硅中铁、铝、钙、钛、锰、镍的国家标准检验方法就是在对此仪器的应用基础上制定的。相较之下，ICP-MS的实际普及应用就要略逊一筹。而且，三氟化硼极易挥发，即使用微波消解或用水域控温也难以避免有所损失。另外，消除元素干扰的基体匹配法，虽然可用，但实际操作较为繁琐，更加不适合测试大批量的样品。本文基于ICP-AES应用的现状探讨更加适合实践运用的测试方法。

1 仪器与试剂

1.1 仪器：美国PE公司生产的OPTIMA 2000DV电感耦合等离子体发射光谱仪。

1.2 仪器条件：高频频率40MHZ；功率1.3kW；冷却气流量15L/min；辅助气流量0.2L/min；载气流量0.8L/min；溶液提升量1.5mL/min；观察高度15mm；预燃时间15s；积分时间10s；延迟时间30s。

1.3 试剂：硝酸（ρ=1.40 g/mL）（分析纯）、氢氟酸（ρ=1.13 g/mL）（分析纯）、水：蒸馏水；高纯二氧化硅（纯度99.99%）。

1.4 铁标准工作液（ρ=2mg/mL）：称2.8595g预先在600℃灼烧1h并于干燥器中冷却至室温的三氧化铁置于烧杯中，加入100mL（1+1）盐酸，低温加热溶解，冷却，移入1000mL容量瓶中，定容，摇匀。

硼储备液（ρ=100 μg/mL）：称取硼酸（纯度 99.99%）0.5719g于聚四氟乙烯烧杯中，用水溶解后移入1000mL聚四氟乙容量瓶中，以水定容，摇匀。

硼标准工作液（ρ=5 μg/mL）：分取 5mL 硼储备液与100mL聚四氟乙容量瓶中，以水定容，摇匀。

2 实验步骤

2.1 准确称取0.2000g（精确至0.0002g）试样小心置于50mL聚四氟乙容量瓶中（随同做空白试验），用少量水冲洗瓶口，加入5mL硝酸，轻微摇晃使试样尽量散开并与试剂尽量均匀接触，缓慢加入2.5mL氢氟酸，随即把瓶盖轻放于瓶口上，待试样与试剂反应结束并冷却至室温后，定容并摇匀试液。

2.2 曲线：分别分取0mL,1mL,2.5mL,5mL硼标准工作液与50mL聚四氟乙容量瓶中，以下步骤同2.1。

2.3 分取1mL铁标准工作液与50mL聚四氟乙容量瓶中，以下步骤同2.1。

3 结构与讨论

3.1 谱线选择：在可选的4条谱线中，208.957nm和208.889nm，虽然干扰较小,但灵敏度低,检出线高，造成的分析结果偏差较大。而249.677nm和249.772nm，虽然干扰较大，但灵敏度高且检出线低，分析结果偏差较小。故本文选用249.772nm作为分析线（2）。

3.2 精密度试验：称取同一金属硅试样分别进行11次独立实验和分析测定，对11次结果计算其相对标准偏差为2.09%，数据如下：

3.3 准确度试验：本文采用加标回收方法来验证本实验方法的准确度，数据见表1。

表1

3.4 干扰试验

金属硅中杂质含量处于微量或痕量级别，且在硼元素周围对其有干扰作用的元素主要为铁和锡，而锡的含量极低影响可以忽略。而金属硅中一般会残存一定量的铁；另外为了避免硼的挥发，不能加热蒸发驱赶硅和氢氟酸，因此溶液中有大量的硅质存在。

3.4.1 硅的干扰

以高纯二氧化硅制成基体空白试液，对其测试分析结果表明硅对硼造成的影响低于检出线，故可以忽略不计。

3.4.2 铁的干扰

由于金属硅中一般会残存一定量的铁，且铁对硼的谱线干扰较为明显。而一般采用的基体匹配法应用较为繁琐，得先准确测定干扰元素的含量，然后再按干扰元素含量匹配，较为繁琐。尤其不适合大批量样品的应用测试，因为每个样品的干扰元素含量均不同。所以本文采用ICP-AES中的干扰元素校正程序IEC对铁的干扰加以消除。可以省去不必要的实验步骤，提高效率。因金属硅中的铁含量极少情况下超过1%，故采用2.3试液建立IEC模型。

4 结论

本文采用氢氟酸和硝酸直接在聚四氟乙烯容量瓶中溶解样品，最大限度的避免了样品沾污和挥发损失，并用干扰元素校正程序IEC替代传统的基体匹配法，方便快捷，实用性强。结果表明回收率为96%～104%，相对标准偏差（RSD）（n=11):2.09%，数据较为理想。本方法准确快速，易于实际运用。