采用辉光放电质谱仪测定高纯铝中痕量元素

肖丽梅

（新疆众和股份有限公司乌鲁木齐830013）

采用辉光放电质谱仪测定高纯铝中痕量元素

肖丽梅

（新疆众和股份有限公司乌鲁木齐830013）

本文采用辉光放电质谱法对高纯铝材料中的9种痕量杂质元素进行测量。对仪器工作参数进行了优化选择，并对质谱干扰对测量的影响进行了探讨。实验表明：样品经足够长时间的溅射，可以消除样品制备和处理过程中的表面污染，方法用于高纯铝标准样品的测定，测定值与认定值相符，可以为其它高纯材料的检测提供可靠的科学依据。

辉光放电质谱法痕量杂质测定高纯铝

近些年来，世界高纯材料痕量分析技术的进步和发展也比较迅速，尤其是质谱分析技术已在许多分析领域中已经获得实际应用[1]。由于辉光放电质谱(GDMS)具有固体样品直接分析，基体效应小、多元素同时快速测定、质量分辨率高、结果准确、精密度好等优点，被认为是迄今为止唯一具有足够灵敏度对超纯导电材料进行直接分析的有效手段[2]。本文用辉光放电质谱仪GDMS测定了高纯铝中镁、硅、钛、钒、铬、锰、铁、铜、锌等9种杂质元素，应用不同分辨率质谱测量模式下消除了大量的多元素分子离子的质谱干扰，本方法可满足纯度为99.99%(4N)～99.9999%(6N)高纯铝的分析要求。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

FinniganELEMENTGD高分辨辉光放电质谱仪美国ThermoFisher公司产品；日本HP系列高纯铝标准样品；高纯氩气（纯度不小于99.9995%）。

1.2 样品制备与处理

高纯铝样品需用车床将表面氧化层去掉，保证分析面平整、光洁、干燥，无油污、水渍、气孔、夹渣、裂纹等缺陷。

1.3 定量测定

把样品放入样品架中固定，依次将锥(石墨)、导流管(石墨)，陶瓷帽，阳极帽(石墨)安装好，将样品架推入离子源腔内启动GDon，调节放电电压和放电电流，欲溅射约10min，以消除样品制备过程中可能产生的沾污，进行高压放电，收集待测元素离子信号，根据辉光放电质谱仪定量分析原理，求出待测杂质元素的浓度。

2 结果与讨论

2.1 工作参数的选择

放电条件直接影响测定的进行，在中分辨率和高分辨率对离子源的放电电压和放电电流分别进行调谐，当放电电压和放电电流较大时容易使阴极样品温度过高，从而导致短路，当放电电压和放电电流较低时，样品的信号峰有较大拖尾，经反复调谐，仪器的参数如表1中所示。调节其它Lenses参数使中分辨率达到4000，在高分辨率分辨率达到10000左右。

产生辉光放电的工作条件通常有放电电压、放电电流及放电气体压力（或单位流量），这三个参数相互关联。ELEMENTGD型GDMS采用调节放电电流的方法，电压随着电流的变化而自行变化，在确定仪器条件时不需调节优化。

表1 工作参数选择

2.2 质谱干扰

辉光放电质谱中质谱干扰由放电气体(氩气)、残留的空气(氮气、氧气等)以及溅射出的样品原子等相互碰撞、相互作用而形成,同量异位素干扰；多原子离子干扰；多电荷离子干扰。在GDMS中最主要的干扰是多原子离子产生的谱线重叠干扰[3]。多原子离子的来源有多种,主要有等离子体气体(氩气)形成的多原子离子(如40Ar22+对80Se+的干扰)；污染或残留气体形成的多原子离子(如14N2+对28Si+的干扰)；样品中的原子间形成的多原子离子(如58Ni2+对116Sn+的干扰)；它们相互间结合形成的多原子离子(如27Al36Ar对63Cu、27Al40Ar对67Zn的干扰)。GDMS分析中为了得到准确的分析结果,必须将影响准确测定离子强度的干扰排除或者减小到最低的程度。本文通过实验选择合适的质量数和选择合适的分辨率见表2。

表2 各元素所选择的质量数和分辩率

2.3 方法准确性实验

选用日本HP1000高纯铝标准样品测定镁、硅、钛、钒、铬、锰、铁、铜、锌9个元素，验证方法的准确度，标样值为标准样品标样值，测试值为本标样实验室测定结果，测定误差为测定值和标准值的绝对差值，测定结果见表3。

表3 待测元素RSF值、标准值与测定值的对比(n=6)ppm

由表3结果表明：高纯铝HP1000标准样品9个元素测定值与标准值吻合，该方法准确性良好。

2.4 精密度实验

选用1个5N高纯铝样品进行11次重复测定，计算相对标准偏差RSD，评定精密度,结果见表4。

表4 精密度实验（n=11）ppm

实验结果：9个元素的精密度实验结果能够满足行业标准YS∕T871-2013《高纯铝化学分析方法痕量元素含量的测定辉光放电质谱法》[4]的检测要求。

3 结论

本文以辉光放电质谱法高纯铝中9个元素进行测定，考察了辉光放电电流、放电氩气流速以及离子源冷却温度对RSF值的影响。对HP1000标准样品和高纯铝样品进行测定验证，结果表明该方法的准确度和精密度良好。本工作的完成可以为高纯铝表面不同元素分布的均匀性提供准确的测定方法，同时也为高纯铝中杂质元素的准确测定建立基础。

[1]苏永选,孙大海,王小如,等.辉光放电质谱研究～应用新进展[J].分析测试学报,1999，18(3):82-86.

[2]陈刚,葛爱景,卓尚军,等.辉光放电质谱法在无机非金属材料分析中的应用[J].分析化学,2004,32(1):107-112.

[3]刘炳寰．质谱学方法与同位素分析[M].科学出版社，1983．

[4]YS∕T871-2013.高纯铝化学分析方法痕量元素含量的测定辉光放电质谱法.中中华人民共和国工业和信息化部.

收稿：2015-01-20

10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.06.023