ICP–AES法测定锑铍芯块中铅、铁、锰和镁

孙洪涛，杨娟，王志萍，陈红

(西北稀有金属材料研究院，稀有金属特种材料国家重点实验室，宁夏石嘴山 753000)

ICP–AES法测定锑铍芯块中铅、铁、锰和镁

孙洪涛，杨娟，王志萍，陈红

(西北稀有金属材料研究院，稀有金属特种材料国家重点实验室，宁夏石嘴山 753000)

建立电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP–AES)测定锑铍芯块中铅、铁、锰和镁杂质元素的方法。对溶液酸度的选择、光谱和基体干扰等进行了试验和讨论，在优化仪器工作参数的条件下，通过基体匹配，有效消除了基体干扰的影响。铅、铁、锰、镁的质量浓度在0.05～10.0 µg／mL范围内与其光谱强度呈良好的线性关系，线性相关系数大于0.999。铅、铁、锰、镁的检出限在0.5～5.3 µg／L之间，测定结果的相对标准偏差为0.9%～2.9%(n=7)，加标回收率为92%～106%。电感耦合等离子体原子发射光谱法与原子吸收光谱法对照，测定结果相符合。该方法准确可靠，可用于锑铍芯块中铅、铁、锰和镁杂质元素的测定。

电感耦合等离子体原子发射光谱法；锑铍芯块；铅；铁；锰；镁

锑铍芯块为核电站堆芯用的材料之一［1］，锑铍芯块中锑含量范围为78%～80%；铍含量范围为20.3%～23.3%。芯块中铅、铁、锰、镁含量范围：0.005%～0.2%，准确测定芯块中铅、铁、锰、镁量具有重要意义。目前，锑铍芯块中铅、铁、锰、镁的测定方法为有色金属行业标准YS／T 462.4–2000［2］。测定金属锑中铅、铁的国标方法为邻二氮杂菲分光光度法测定铁［3］、火焰原子吸收光谱法测定铅［4］。测定金属铍中铅、铁、锰、镁量的国军标GJB 2513–2000方法［5］为1，10-邻菲罗啉分光光度法测定铁、原子吸收光谱法测定锰和镁、石墨炉原子吸收光谱法测定铅。原子吸收光谱法为单元素分析法，试样前处理繁琐，不能进行多元素同时分析。电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP–AES)法和电感耦合等离子体质谱(ICP–MS)法已广泛应用于锑、锑合金及铍合金中杂质元素的分析测定［6–19］。笔者采用ICP–AES法测定锑铍芯块铅、铁、锰和镁量，与原子吸收光谱法相比，该方法灵敏度高，分析速度快，干扰较少，试样前处理简单，可同时分析多元素，适用于锑铍芯块中铅、铁、锰、镁的日常质检分析。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪：iCAP6300型，双向观测，美国Thermo Fisher 公司；

铍、铅、铁、锰、镁混合标准储备溶液：铍的质量浓度10 mg／mL，其余均为1.0 mg／mL，国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院；

硝酸：1.51 g／mL，优级纯，白银良友化学试剂有限公司；

盐酸：1.19 g／mL，优级纯，白银良友化学试剂有限公司；

锑：纯度不小于99.999%，四川峨嵋半导体材料厂；

实验用水为二次去离子水。

1.2 仪器工作条件

RF功率：1 150 W；等离子气流量：15 L／min；辅助气：氩气，流量为0.5 L／min；蠕动泵转速：35 r／min；积分时间：20 s；进样体积：2.5 mL。

1.3 样品处理

称取质量为0.250 0 g(精确至0.000 1 g)的锑铍芯块试样，置于150 mL烧杯中，盖上表面皿，缓慢加入10 mL盐酸，待剧烈反应后，加入2 mL硝酸，低温加热至样品完全溶解，为防止锑离子的水解，补加8 mL盐酸。取下烧杯，冷却，定容至50 mL容量瓶并稀释至标线，摇匀，待测。同时做空白试验。

1.4 标准工作溶液的配制

将铅、铁、锰、镁的单元素标准储备溶液逐级稀释，配制成混合标准溶液。平行称取6份0.2 g金属锑，作为标准工作溶液匹配的锑基体，按样品处理方法进行消解，加入适量的铅、铁、锰、镁混合标准储备溶液，配制成铅、铁、锰、镁系列标准工作溶液，见表1。

表1 铅、铁、锰、镁系列标准溶液的质量浓度 µg／mL

2 结果与讨论

2.1 分析谱线的选择

分别对1.00 µg／mL的铅、铁、锰、镁单元素标准溶液，1 mg／mL的铍基体溶液，5 mg／mL的锑基体溶液和1.00 µg／mL的铅、铁、锰、镁元素混合标准溶液(含1 mg／mL的铍，5 mg／mL的锑)进行光谱扫面。观察铅、铁、锰、镁等元素在所选波长下的子阵列图，分别选择铅、铁、锰、镁等元素不受锑及铍光谱干扰的谱线，结果见表2。

表2 分析波长的选择

2.2 试样溶液酸度的选择

分别称取锑铍粉末试样0.250 0 g(精确至0.000 1 g)5份于5个150 mL烧杯中，分次缓慢加入10 mL盐酸，待剧烈反应后加入2 mL硝酸，低温继续加热至样品完全溶解，稍后5个烧杯中分别补加8，10，12，15，18 mL盐酸，定容至50 mL容量瓶中，在1.2仪器工作条件下测定，考察溶液中盐酸浓度对测定结果的影响，结果见图1。

图1 酸度影响试验

试验结果表明，5份试样加入盐酸的体积分数依次为35%，35%，40%，50%，55%时，铅、铁、锰、镁测定浓度变化较小。综合考虑选择酸度较小但不会造成试样溶液有锑离子水解现象出现的酸度条件，故选择盐酸的加入量为8 mL，即盐酸加入体积分数为35%时，对分析元素的测定影响不大。

2.3 基体干扰试验

分别绘制含锑基体4 mg／mL，铍基体1 mg／mL的铅、铁、锰、镁元素的校准曲线1；含锑基体4 mg／mL的铅、铁、锰、镁元素的校准曲线2；不含锑基体和铍基体的铅、铁、锰、镁元素的校准曲线3。

配制浓度为1.00 µg／mL的铅、铁、锰、镁混合标准溶液，含锑基体4 mg／mL、铍基体1 mg／mL，与试样基体组成匹配。分别于校准曲线1、校准曲线2和校准曲线3条件下进行铅、铁、锰、镁元素测定，考察锑及铍基体对铅、铁、锰、镁测定结果的影响，结果见表3。

表3结果表明，混合标准溶液中铅、铁、锰、镁元素在校准曲线3条件下的测定结果明显偏低，在校准曲线1和校准曲线2条件下的测定结果无明显变化。锑基体浓度为4 mg／mL(相当于试样中锑的质量分数为80%)时，对铅、铁、锰、镁元素测定有干扰；铍基体浓度为1 mg／mL(相当于试样中铍的质量分数为20%)时，对铅、铁、锰、镁元素的测定无明显影响。实际校准曲线用混合标准溶液中已加入锑基体进行基体匹配，可消除锑基体对测定元素的干扰。

表3 基体干扰试验结果

2.4 标准曲线与检出限

在1.2仪器工作条件下进样测定1.4中的系列标准溶液，以质量浓度X为横坐标，强度Y为纵坐标绘制各元素的标准曲线，计算得各元素的线性回归方程和线性相关系数见表4。对空白溶液连续测定10次，以3倍标准偏差(SD)计算方法的检出限，结果见表4。由表4可知，各元素的线性范围均在0.05～10.0 µg／mL之间，说明各元素的线性范围较宽；相关系数均大于0.999，说明线性关系良好，满足分析要求。

表4 标准曲线及相关系数

2.5 精密度试验

按实验方法，称取7份锑铍芯块样品，测定铅、铁、锰、镁元素的含量，结果见表5。由表5可知，铅、铁、锰、镁测定结果的相对标准偏差在0.9%～2.9%之间，说明该方法具有良好的精密度。

表5 精密度试验结果 %

2.6 回收试验

按实验方法对锑铍芯块样品进行加标回收试验，平行称取质量为0.250 0 g(精确至0.000 1 g)的锑铍芯块试样5份，1份试样溶解不加标，测定铅、铁、锰、镁元素本底值，另外4份试样溶解处理后，分别加入铅0.10 µg／mL、铁1.0 µg／mL、锰0.10 µg／mL、镁0.10 µg／mL，样品溶液定容后进行测定，并计算加标回收率，结果见表6。

表6 加标回收试验结果

表6结果表明，元素铅、铁、锰、镁的加标回收率在92%～106%之间，说明该方法具有较高的准确度。

2.7 比对试验

按实验方法对锑铍芯块样品中铅、铁、锰、镁元素进行测定，并与行业标准YS／T 462.4–2000原子吸收光谱法的测定结果进行对照，结果见表7。由表7可以看出，本法与原子吸收光谱法的测定结果相吻合。

表7 比对试验结果 %

3 结语

建立了ICP–AES法测定锑铍芯块中铅、铁、锰、镁含量的方法，与有色金属行业标准YS/T462.4-2000中的方法相比，该方法简化了试样前处理步骤，检出限低。该方法快速、准确，可同时测定锑铍芯块中铅、铁、锰、镁的含量，线性范围、检出限、回收率及精密度均能满足锑铍芯块中铅、铁、锰、镁分析检测的要求。

［1］YS／T 425–2000 锑铍芯块［S］.

［2］YS／T 426.4–2000 锑铍芯块化学分析方法：原子吸收光谱法测定铅、铁、锰、镁量［S］.

［3］GB／T 3253.2–2008 锑及三氧化二锑化学分析方法：铁量的测定 邻二氮杂菲分光光度法［S］.

［4］GB／T 3253.3–2008 锑及三氧化二锑化学分析方法：铅量的测定 火焰原子吸收光谱法［S］.

［5］GJB 2513–2008 铍化学分析方法［S］.

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上海崛起世界最密大科学装置群

今年夏天，能拍摄“分子电影”的软X射线自由电子激光装置，将有望得到第一束自由电子激光;超强超短激光装置，将于年内完成挑战瞬时输出功率10×1015 W的“世界纪录”，上海光源二期线站也在紧锣密鼓地建设中。

算上已经建成的国家蛋白质科学中心、已经开工的活细胞结构和功能成像平台等，上海张江已成为世界上大科学装置密度最高的地区。依托先进的大科学基础设施群，这里已集聚起全球高端创新资源，向着跻身世界一流实验室行列的目标不断接近。

大科学装置群营造大科学生态

2016年2月，上海张江综合性国家科学中心获批建设。一年来，超强超短激光实验装置、软X射线自由电子激光用户装置、活细胞结构与功能成像平台等顶级大科学装置，实现了当年立项、当年开工的目标，展现出令人赞叹的“上海速度”。“这些项目建成后，张江地区将成为全球规模最大、种类最全、综合能力最强的光子大科学设施集聚地之一。”上海市科委主任寿子琪说，目前张江还在积极争取硬X射线自由电子激光装置、高效低碳气轮机实验装置、国家生物医药大数据等项目落地。

前沿探索的科研利器汇聚，一个世界级基础研究平台呼之欲出。眼下，超强超短激光装置正在冲击10×1015 W的“世界纪录”，它的未来目标是100×1015 W。

它的“前身”——中科院上海光学精密机械研究所的嘉定园区内，1×1015 W的超强超短激光装置已开始科学实验探索。去年，我国科学家已利用该装置产生了反物质，成果列入2016年中国十大科技进展新闻。

超强超短激光装置项目负责人、上海光机所研究员冷雨欣说，比建造一个“世界第一”的装置更重要的，是让更多优秀科学家利用装置，做最前沿的基础原创性研究。

已建成运行8年的上海光源，截至去年底，共接待用户3.2万多人次，发表论文3 200多篇。比这更重要的是，它更加强烈地激发出了中国科学家探索前沿的热情和勇气。曾参与光源建设，目前正负责二期线站工程的中科院上海应用物理研究所研究员邰仁忠说，8年来，光源机时一直供不应求，中国科学家已从被动使用光源，到根据自己学科的发展需求，对光源线站建设提出明确需求。围绕上海光源，一个冲击前沿的创新生态氛围正在形成。

大科学装置群呼唤大科学计划

事实上，张江综合性国家科学中心的建设，已经引起国际科技界的广泛关注。中科院上海应用物理研究所党委书记赵明华告诉记者，已进入可行性研究阶段的硬X射线自由电子激光，建成后将成为世界上最先进的同类装置。闻讯后，“一些身在海外的华人科学家主动联系我们，表示想到张江工作，他们有的已在美国工作20多年，这个装置很可能把他们吸引回国”。

作为当今全球生命科学领域首家综合性大科学装置，上海蛋白质设施已经吸引了国内外近200家单位、1.3万多人次科学家，开展2 000多项重大前沿创新课题研究。中心主任雷鸣认为，评判一个大科学装置的功用，应该看它关注了多少根本而重大的科学问题，“张江大科学装置群的崛起，正呼唤与之相匹配的大科学计划。”放眼全球，大科学装置的崛起无不推动和孕育着超越前人的创新。例如美国布鲁克海文国家实验室聚集了同步辐射光源、成像设施、相对论重离子对撞机、自由电子激光等一大批重要的科研装置，1947年至今，该实验室催生了至少7个诺贝尔科学奖。而作为世界高能物理研究的高地，欧洲核子中心也成就了多个国际大科学计划，比如大型强子对撞机，以及由华裔物理学家丁肇中领导的阿尔法磁谱仪项目等。

在建设具有全球影响力的科技创新中心的历史机遇下，作为赶超者的张江大科学装置群，正等待着创新灵魂的注入。据市科委总工程师傅国庆介绍，正在谋划的张江综合性实验室的主要构架是“1+N”。“1”指一个大科学设施群，“N”指若干研究方向，包括光子科学与技术、生命科学、能源科技、类脑智能、纳米科技等。这意味着，张江国家科学中心已在各学科领域前沿筑好“巢穴”，引“凤”前来。（上海新闻网）

Determination of Pb, Fe, Mn and Mg in Antimony–Beryllium Pellets by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

Sun Hongtao， Yang Juan， Wang Zhiping， Chen Hong
(Northwest Rare Metal Materials Research Institute， State Key Laboratory of Special Rare Metal Materials，Shizuishan 753000, China )

A method for determination of Pb，Fe，Mn， Mg in antimony-beryllium pellets by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry(ICP–AES) was developed. The selection of solution acidity，spectral and matrix interference were tested and discussed. Under the optimized working conditions，the interference of matrix was effectively eliminated by matrix matching. The mass concentrations of Pb，Fe，Mn，Mg had good linear relationship with the spectral intensity in the range of 0.05–10.0 µg／mL, the linear dependent coefficients were more than 0.999，and the detection limits of Pb，Fe，Mn，Mg were 0.5–5.3 µg／L. The relative standard deviations of detection results were 0.9%–2.9%(n=7)，the recoveries were 92%–106%. The determination results were consistent with those obtained by atomic absorption spectrometry(AAS). The method is accurate，reliable and can be used for determination of antimony，lead，iron，manganese and magnesium in antimony-beryllium pellets.

ICP–AES; antimony–beryllium pellets; Pb; Fe; Mn; Mg

O657.3

A

1008–6145(2017)03–0076–04

联系人：孙洪涛；E-mail: zxsys405@163.com

2017–02–16

10.3969／j.issn.1008–6145.2017.03.018