电感耦合等离子体发射光谱发测定金砷靶材中砷量

郅富国 王 炜

（北京有色金属与稀土应用研究所，北京100012）

金砷靶材是一种抗电迁移和抗电腐蚀性能好且具有合金比较稳定的P.L.S.（波峰焊）波段硅功率晶体管金属化材料，该靶材的性能直接影响元器件的质量。随着我国工业的发展，对金砷合金靶材的需求也不断增加，我单位在金砷靶材的科研上进行了大量实验。而金砷靶材中砷含量加入情况如何，均匀性如何都会影响靶材的性能，根据检测结果，可以对工艺的处理方法进行改动，最终确定完善的工艺过程。因此准确、快捷检测金砷合金靶材中砷含量，是金砷合金靶材非常重要的。金砷合金靶材中砷量的测定，目前还没有相应的化学分析方法，只有JY／T015—1996《电感耦合等离子体发射光谱法通则》、GB／T10725—1989《电感耦合高频等离子体发射光谱法通则》、GB／T7739.3—《金精矿化学分析方法第3部分：砷量的测定》［1－3］。在此基础上确定了电感耦合等离子体发射光谱法分析金砷合金靶材中砷量的检测方法，为金砷合金靶材的科研提供了有力的技术支持。

本实验采用电感耦合等离子体发射光谱法测定金砷合金靶材中砷量进行研究。对砷元素分析谱线的选择、基体元素的影响问题、标准曲线的确定、精密度进行了系统的试验，制定了测试方法，并在科研、生产应用中取得了较好的效果。通过对大量的产品分析测试试验，表明本方法准确度好，精密度高，操作简便快捷。精密度：RSD＜3.0%，样品加标回收率在：99.2% ～100.4%。

1 实验部分

1.1 范围

本方法适用于金砷合金靶材中砷含量的测定，测定范围：0.10%～3.00%。

1.2 方法提要

试料以王水溶解，用电感耦合等离子体发射光谱仪测定砷量。

1.3 试剂

盐酸 、硝酸（分析纯）；王水：1份硝酸＋3份盐酸（用时现配）；砷标准储存液1000μg／mL（国家钢铁材料测试中心购买）；砷标准溶液：移取砷标准储备液10.00mL于100mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀。此溶液1mL含砷100μg。

1.4 仪器及工作条件

PROFILE顺序扫描型发射光谱仪（美国利曼－徕伯斯公司），固定式中阶梯光栅－弧面棱镜／透镜交叉色散系统；波长范围178～800nm；双铂金网雾化器；可拆式石英等离子炬管。仪器操作条件见表1。

表1 仪器工作条件

1.5 分析步骤

1.5.1 试料

称取0.1000g试样，精确至0.0001g。

1.5.2 测定次数

独立进行3次测定，取平均值。

1.5.3 测定

将试料（1.5.1）置于250mL烧杯中，加入8mL王水（1.3.3）盖上表皿，溶解。蒸至近干加5mL盐酸驱赶硝酸，冷却。

1.5.4 根据试料中砷含量分别按下述步骤进行

（1）砷质量分数在＞0.10%～0.40%时，转移到100mL容量瓶中，以去离子水稀释至刻度，摇匀。

（2）砷的质量分数在＞0.40%～3.00%时，转移到100mL容量瓶中，以去离子水稀释至刻度，摇匀。移取10.00mL此溶液于100mL容量瓶中，以去离子水稀释至刻度，摇匀。

1.6 工作曲线的绘制

（1）移取0，0.50，1.00，3.00，5.00mL砷标准溶液分别置于一组100mL容量瓶中，各加入8mL盐酸，以去离子水稀释至刻度，摇匀。

（2）将标准曲线于波长193.695nm处依次测定。

1.7 分析结果的计算

式中：

m：试料重量（g）；

m1：被测元素查得毫克数（μg）；

V总：溶液总体积（mL）。

2 结果与讨论

2.1 仪器工作条件的选择

在使样品完全激发的情况下，选择功率低些可以保证等离子体的稳定。功率过低会引起相关的化学干扰，通过实验证明功率在1.0～1.2kW时，砷元素信号强度化趋势相同，超过1.3kW时，砷元素信号强度下降。因此功率选择1.1kW。

雾化压力低于46psi时，样品雾化效果低，高于55psi又会导致样品在火炬中停留时间短，通过实验，雾化压力在50psi时，砷的信号强度变化不大。

由于砷属于较难激发的元素，通过调试观察高度，它的最佳激发区在火炬偏低位置。

2.2 分析线的选择

根据所选分析谱线灵敏度高，干扰少的原则，进行了以下实验。ICP光源的激发温度在6000K以上有较少的化学干扰，通常会产生光谱干扰，主要表现为背景漂移，部分或完全光谱覆盖以及基体的影响。首先确定光谱干扰是否存在，对砷元素的标准溶液和试剂空白溶液中砷元素全波段扫描进行比较和分析，在砷193.695nm处空白溶液中没有砷的强度信号峰和基体漂移。标准溶液中砷的强度信号峰很好，所以暂定使用这条谱线进行分析。

2.3 基体效应

在分析测试中，样品中除砷元素外还有金等物质，需要确定这些非检测元素是否存在干扰，针对干扰情况的研究做了以下工作：分别在纯金样品溶液中和试剂空白溶液中加入相同的砷标液：0.10、1.00、3.00μg／mL定容体积为100mL，试验数据如表2。

表2 基体效应及试剂测定数据统计

实验数据证明，砷193.695nm谱线适合，基体效应及试剂不会对检测结果准确度有较大影响，标线不需要基体匹配。

2.4 工作曲线

金砷靶材中砷含量在0.1%～3.00%，配置好工作曲线。在仪器各种工作参数条件优化好的情况下，在 WinICPDatabase界面测出线性方程为：X＝BY＋C，B＝1.42970e－4，C＝－4.27228e－1相关系数r＝0.9999 曲线的设定满足当前检测需要，线性好。

2.5 方法检出限

在空白溶液中用砷193.695nm谱线测定21次，求出标准偏差σb，用比空白值强度大，浓度为0.05μg／mL砷标液，测得信号强度X，求出相应单位的信号强度S＝X／C，以C＝2b／S，计算出检测下限试验数据见表3。

表3 方法检出限数据统计

S＝X／C＝358699.04 检测限：C＝2σb／S＝0.0011

砷元素的方法检出限为0.0011μg／mL，满足金砷合金靶材中砷元素分析。

2.6 方法可靠性

由于没有该种合金靶材的标准物质，采取回收率来验证方法的可靠性。以测定样品的试验步骤分别加入0.10、1.00、3.00μg／mL砷标液进行测定，计算回收率，试验数据见表4。

表4 待测元素平均回收率统计

砷元素不同点的回收率在99.2%～100.4%。试验结果表明，方法准确度能够满足科研、生产的需要。

2.7 精密度

对金砷靶材样品，按照分析步骤进行10次测定，测定结果见表5，相对标准偏差为0.70%。

表5 精密度实验

3 结论

（1）利用等离子发射光谱仪测定金砷合金靶材中砷含量，通过试验准确度高，精密度好，能够满足实际生产分析检测的需要。

（2）本方法操作简便、快捷、准确。在近几年的分析测试中，效果很好。

（3）在本方法的基础上，通过进一步的研究，希望可以测定金砷合金靶材中更高的砷含量。

［1］JY／T 015－1996《电感耦合等离子体原子发射光谱法通则》.

［2］GB／T 10725－1989《电感耦合高频等离子体原子发射光谱法通则》.

［3］GB／T 7739.3－2007《金精矿化学分析方法 第3部分：砷量的测定》.