电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定锡铅焊料中11种微量元素

马 丽

(1 北矿检测技术有限公司，北京 102628；2 金属矿产资源评价与分析检测北京市重点实验室，北京 102628)

电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定锡铅焊料中11种微量元素

马 丽1,2

(1 北矿检测技术有限公司，北京 102628；2 金属矿产资源评价与分析检测北京市重点实验室，北京 102628)

根据目前市场上常见锡铅焊料中主元素的特性(锡含量范围0.X%～95%，铅含量范围X%～99%)，合理选择了有效的样品前处理方法。参考铸造锡铅焊料牌号及化学成分和仪器工作条件，确定了待测元素的测定范围。应用电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定锡铅焊料中锑、铋、铁、砷、铜、银、锌、铝、镉、磷、金11种元素的含量，方法操作简单。选择了合适的分析谱线，进行了基体元素对待测元素以及各待测元素之间的干扰研究，基体效应小，各待测元素之间基本无干扰，11次独立的测定数据相对标准偏差为1.0%～11.3%，方法的加标回收率为90.2%～105%。完全能满足现实生产中对锡铅焊料杂质元素的测定要求。

主元素特性；锡铅焊料；电感耦合等离子体原子发射光谱；干扰研究

引言

锡和铅作为锡铅焊料中不可缺少的主量元素，铅的存在使锡的熔点降低，改善了锡的性能；机械性能得到改善从而改善了焊料的润湿性。铅的存在还起到了防氧化的作用，减少了焊料的氧化量。锡和铅作为青铜的重要成分，从古至今一直得到广泛的应用。在现代电子工业中，锡铅焊料仍然作为重要的材料被广泛使用。锡铅焊料中杂质元素的存在，对其机械性能和可焊性具有不可忽视的影响。所以制定出适合当前市场上锡铅焊料中多元素分析的方法，准确并快速地测定锡铅焊料中各种杂质元素，具有非常重要的意义。国家标准方法[1]和部分文献[2-4]中描述了ICP-AES法测定锡铅焊料中相关元素的分析方法，方法繁琐，不易操作，且溶样方法已不适用于当前广泛意义上的锡铅焊料。本文对云南锡业股份有限公司提供的大量锡铅焊料样品中杂质含量进行了调研，并参考铸造锡铅焊料牌号及化学成分[1]和ICP-AES的仪器工作条件。找到了一种能高效溶解样品的方法，选择了合理的锑、铋、铁、砷、铜、银、锌、铝、镉、磷、金11种杂质元素的含量测定范围[5-6]。方法简单易操作，并获得了较好的精密度和准确度，能同时适用于锡含量高达95%或者铅含量高达99%的锡铅焊料中杂质元素含量的分析。

1 实验部分

1.1仪器和工作条件

Agilent Technologies 700-ES电感耦合等离子体原子发射光谱仪(安捷伦科技公司)；ICP ExpertTMII操作软件。

高频发生器功率1.15 kW，观察高度10 mm，等离子气流量15 L/min，雾化气流量0.60 L/min，辅助气流量1.5 L/min，一次读数时间：6 s。

1.2试剂

铋、铁、砷、铜、银、锌、铝、镉、磷、金单元素标准储备溶液(1 000 mg/L，钢研纳克检测技术有限公司)、锑标准储备溶液(500 mg/L，钢研纳克检测技术有限公司)；混合系列标准溶液：各元素标准储备溶液根据各元素测定范围配制系列标准溶液(盐酸体积分数10%)。

分析过程所用试剂均为优级纯试剂，所用水均为蒸馏水或去离子水。

1.3实验方法

称取0.25 g(精确至0.000 1 g)试料置于200 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入25 mL水、1 mL盐酸、5 mL硝酸，盖上表面皿，摇匀，低温加热分解完全，蒸至溶液体积约20 mL，取下稍冷，用少量盐酸(1+9)洗涤表面皿和杯壁，移入50 mL容量瓶中，用盐酸(1+9)定容并混匀。

所得试液为待测试液1，随同试样做空白实验。移取5 mL待测试液1于50 mL容量瓶，加入5 mL盐酸，以水定容并混匀，所得试液为待测溶液2。于电感耦合等离子体原子发射光谱仪上，在选定的仪器工作条件下按照元素测定含量的需要对待测溶液1或2与标准溶液同时进行测定。

2 结果与讨论

2.1样品溶解方法的选择

由于本方法针对的锡铅焊料包含锡含量高达95%和铅含量高达99%的样品，给选择合适通用的溶样方法带来了难度。国家标准方法和本实验选择的方法分别用于相关样品分析后的实验现象见表1。

针对表1中样品溶解的现象，采用国家标准方法溶解锡含量高的样品，由于盐酸总量不够会导致溶液水解浑浊，样品溶解不完全。对于铅含量高的样品，由于盐酸浓度太高，形成氯化铅包裹锡铅焊料样品，导致样品与酸溶液不能充分接触而溶解不完全。本方法加入适量的盐酸，使锡高的样品能够充分溶解且溶液清亮；在加入酸之前加入适量水，降低盐酸酸度使高铅能够完全溶解，没有出现氯化铅包裹样品的现象。所以，本方法可以同时适用于含铅高和含锡高的锡铅焊料样品的分析。

2.2分析谱线的选择

对一定量的具有代表性的锡铅焊料样品进行基体元素含量分析，综合考虑高含量锡基体和铅基体对测定元素的干扰情况以及各待测定元素之间的干扰情况，最终确定了各元素的分析谱线见表2。

表1 不同样品溶解方法的实验现象比较Table 1 Comparison of the experimental phenomenons by different digestion methods

表2 分析谱线Table 2 Spectral lines

选择合适的扣背景位置，所选用的分析线基本无光谱干扰。但对于Sb的测定，合适的谱线有206.834 nm和217.582 nm，对于217.582 nm谱线受铅严重干扰，所以不宜选用；206.834 nm附近206.858 nm有Sn的干扰峰存在。本实验根据锡铅焊料代表样品的基体元素含量进行了一系列的基体干扰实验，结果表明，5 mg/mL锡基体、5 mg/mL铅基体以及3 mg/mL锡和3 mg/mL铅混合基体分别对5.00 μg/mL Sb和0.50 μg/mL其它各待测元素的测定基本无干扰。对于各待测元素，5倍量的其它共存元素不干扰其测定。

根据以上干扰情况，结合铸造锡铅焊料牌号及化学成分含量和大量锡铅焊料样品中实际杂质含量情况，确定待测元素的测定含量范围见表3。

表3 测定范围Table 3 Measuring range

2.3线性范围和检出限

采用空白试液和5个混合标准系列溶液绘制各待测元素的工作曲线(相关系数均大于0.999)，同时测定11份试剂空白，计算标准偏差，以3倍的标准偏差为检出限，结果见表4。表4结果表明，各元素的检出限均能满足方法中的最低浓度要求。

表4 检出限Table 4 Detection limit

2.4精密度实验

选取样品A和B，按1.3实验方法对其中11种元素进行独立的11次测定，得到11个测定值，计算其平均值及标准偏差，方法的重现性结果见表5。

表5中数据可以看出，使用该方法测定的样品的结果精密度较好，相对标准偏差在1.0%～11.3%。该方法溶解样品完全，数据稳定性较好。

2.5准确度实验

按照1.3实验方法，对样品B中Bi、Fe、As和样品A中Sb、Cu、Zn、Al、Cd、Au、P、Ag进行加标回收实验，加标回收结果见表6。

由表6可见，该方法的加标回收率较高，在90.2%～105%之间。待测样品并没有被沉淀(氯化铅)吸附而都保留在溶液中，表明该方法准确度较高。

3 结语

实验结果表明，采用水、盐酸和硝酸适量配比的混合酸溶液溶解样品，利用电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定锡铅焊料样品中11种杂质元素，方法同时适用于锡含量范围为0.X%～95%或铅含量范围为X%～99%的锡铅焊料样品，流程操作简单，方便快速，精密度高，准确性好。与流程长、不易操作的传统方法相比，大大地提高了分析检测的效率，并能同时适用于高锡或高铅锡铅焊料的分析，满足了当前市场上锡铅焊料样品分析的需求。

表5 精密度实验Table 5 Precision tests of the method(n=11) /%

表6 加标回收实验Table 6 Recovery tests of the method /%

[1] 全国有色金属标准化技术委员会. GB/T10574.13—2003 锡铅焊料化学分析方法 铜、铁、镉、银、金、砷、锌、铝、铋、磷量的测定[S].北京:中国标准出版社,2003.

[2] 贺与平,杜萍,蔡静,等. ICP-AES法测定锡铅焊料中铜铁镉锌铝铋[J].理化检验-化学分册 (PhysicalTestingandChemicalAnalysisPartB:ChemicalAnalysis),2004,40(12): 718-720.

[3] 叶晓英,王荣. ICP-AES法测定锡铅焊料中的砷元素[J].分析试验室(ChineseJournalofAnalysisLaboratory),2004,23(增刊):239-241.

[4] 罗红玉,罗勇.电感耦合等离子体发射光谱法测定锡铅焊料中的铅、锡[J].分析仪器(AnalyticalInstrumentation),2010(1):56-58.

[5] 苏春风.电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定再生锌原料中铜、铅、铁、铟、镉、砷、钙、铝[J].中国无机分析化学(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2016,6(1): 53-58.

[6] 韩晓.电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定铅精矿中9种元素[J].中国无机分析化学(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2016,6(4):33-37.

Determinationof11TraceElementsContentinTin-leadSoldersbyInductivelyCoupledPlasmaAtomicEmissionSpectrometry(ICP-AES)

MA Li1,2

(1.BGRIMMMTCTechnologyCo.Ltd.,Beijing102628,China;2.BeijingkeyLabofMineralResourcesEvaluationandAnalysis,Beijing102628,China)

According to the characteristics of the main elements in the commercial tin-lead solders (tin content range from 0.X% to 95% and lead fromX% to 99%), an effective digestion method was used to determine the content of minor elements. The range of the elements was determined by reference to the grade and chemical composition of casting tin-lead solders and the working conditions of the instrument. Inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES) was used to determine the content of eleven elements, such as antimony, bismuth, iron, arsenic, copper, silver, zinc, aluminum, cadmium, phosphorus and gold. The sample was completely dissolved, appropriate analytical spectral lines were selected, and the interference from the matrix and the interference between the determined elements was studied. The matrix effect was small, and almost no interference between the determined elements was observed. The relative standard deviation from eleven independent experiments varies between 1.0% and 11.3%, and the recovery rate varied from 90.2% to 105%. The proposed method completely meets the analysis requirements for the impurity element analysis in tin-lead solders.

property of main elements; tin-lead solders; ICP-AES; determination of matrix interference

10.3969/j.issn.2095-1035.2017.03.013

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2017)03-0051-04

2017-01-14

2017-04-28

马丽，女，工程师，主要从事矿石及有色金属中杂项元素的分析研究。E-mail:mary791012@163.com

本文引用格式：马丽.电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定锡铅焊料中11种微量元素[J].中国无机分析化学,2017,7(3):51-54. MA Li. Determination of 11 Trace Elements Content in Tin-lead Solders by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES)[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry, 2017,7(3):51-54.