ICP-AES法测定氮化硼中铁、钙含量

巩琛，冀克俭，李本涛，黄辉，李颖，万晓东，李艳玲，邓卫华

（中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031）

ICP-AES法测定氮化硼中铁、钙含量

巩琛，冀克俭，李本涛，黄辉，李颖，万晓东，李艳玲，邓卫华

（中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031）

建立微波消解-ICP-AES测定氮化硼中铁、钙含量的方法。采用高压微波消解法对样品进行溶解，考察了硼基体和共存元素对铁、钙测定结果的影响。结果表明，铁、钙标准溶液的质量浓度与光谱强度线性良好，相关系数均大于0.999，铁、钙的检出限分别为0.024，0.006 μg/mL，加标回收率分别为96%～103%，99%～100%，测定结果的相对标准偏差分别为2.46%，1.10%（n=7），用该法对BN标准样品进行测定，测定结果在标准值允许范围内。该方法具有快速、准确、灵敏度高等优点，适用于氮化硼中铁、钙含量的检测。

电感耦合等离子体发射光谱法；氮化硼；铁；钙

氮化硼（BN）材料具有高导热率、高稳定性、高硬度及宽带隙等优点［1-3］，在高温大功率半导体器件、高温、高压散热部件及高通透、高稳定性窗口等方面具有广阔的应用前景。美国Aeronutronic Ford公司将BN材料的三维织物浸渍硼酸，使硼酸转变成BN基体，然后经高纯硅溶胶加压、浸渍、热压，烧成制备了BN/（BN+SiO2）复合材料，该工艺制备的透波材料可满足2 200℃的使用要求［4］。俄罗斯近几年开始采用氮化物基复合材料制备天线罩，已达到实用化水平［5］。我国从20世纪70年代开始，进行了大量的导弹天线罩材料研究，目前相关研究重点即为BN材料［6-7］。

研究表明，BN材料的性能与其铁、钙组分的含量有关［8-10］，过量的铁、钙组分会降低BN陶瓷的热冲击强度，使陶瓷脆性增加，同时降低陶瓷的介电性能［11-13］，BN材料中铁、钙元素的含量一般控制在小于1%。BN中铁、钙的测定方法主要有比色法［14］、络合滴定法［15］和石墨炉原子吸收光谱法［16］。比色法和络合滴定法测定结果较稳定，但灵敏度较低，且实验过程繁琐，样品处理复杂，经常会出现对同一样品、同一组分进行分析时，不同实验人员的测试结果出现差异；石墨炉原子吸收光谱法需要固体直接进样，设备成本高，测定结果的重复性差。

笔者采用高压微波消解法对样品进行处理，使用电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法测定BN样品中的铁、钙含量，简化了实验过程，提高了测试灵敏度，测定结果的重复性和准确度满足BN中铁、钙含量的测定要求。

1　实验部分

1.1主要仪器与试剂

ICP-AES仪：iCAP 6300型，美国Thermo公司；微波消解仪：MARS6型，美国CEM公司；

水中铁成分分析标准物质：1 000 μg/mL，编号GBW（E） 080535，国防科技工业应用化学一级计量站；

水中钙成分分析标准物质：1 000 μg/mL，编号为GBW（E） 080977，济南众标科技有限公司；

水中硼成分分析标准物质：1 000 μg/mL，编号GBW（E） 080980，济南众标科技有限公司；

硝酸、氢氟酸：优级纯；

硫酸：分析纯；

BN成分分析标准物质：编号为ERM-ED103，德国联邦材料测试研究院；

BN样品：自制；

实验用水：超纯水。

1.2仪器工作条件

1.2.1微波消解仪

功率：1 600 W；消解温度：230℃；消解时间：30 min。

1.2.2ICP-AES

RF功率：1 150 W；辅助气流量：0.5 L/min；雾化器流量：0.65 L/min；垂直观测高度：12 mm；清洗时间：30 s；积分次数：3次；曝光时间：30 s；分析波长：铁259.940 nm，钙393.366 nm；进样系统为聚四氟乙烯进样系统。

1.3样品处理

准确称取BN样品0.1 g（精确至0.1 mg）于洁净的微波消解罐中，分别加入4 mL硝酸、4 mL氢氟酸，然后置于微波消解仪中进行消解，冷却后转移至聚四氟乙烯烧杯中，于200℃加热6 h，除去溶液中未反应的氢氟酸，然后定量转移至100 mL容量瓶中，摇匀待测。

1.4标准溶液配制

分别移取水中铁成分分析标准物质、水中钙成分分析标准物质各0，0.02，0.04，0.08，0.16，0.30 mL于6只洁净的100 mL容量瓶中，加水定容至标线，摇匀，得到质量浓度分别为0，0.2，0.4，0.8，1.6，3.0 μg/mL 的铁、钙混合标准溶液。

2　结果与讨论

2.1消解酸种类及配比的选择

BN性质稳定，常温下不与酸碱反应，实验采用微波消解仪进行样品前处理，分别选择硝酸、氢氟酸、硫酸作为消解液，通过各种酸匹配对同一BN样品进行消解试验，消解结果如表1所示。由表1可知，单一体系的硝酸、氢氟酸、硫酸均无法使样品完全消解；在两种酸的不同配比体系中，只有硝酸与氢氟酸配比为1∶1的体系才能够使样品消解完全。从经济角度考虑，在保证BN样品消解完全的情况下，选择消解酸体系为4 mL硝酸和4 mL氢氟酸的组合对0.1 g BN样品进行消解。

表1　不同消解酸种类及配比试验结果

2.2分析谱线的选择

分别选取铁的3条谱线259.94，238.204，239.562 nm，钙的3条谱线393.366，396.847，422.673 nm进行扫描。试验发现铁的3条谱线线性相关系数分别为0.999 6，0.999 1，0.999 4，3条谱线干扰均较少，其中259.940 nm背景值最低；钙的3条谱线线性相关系数分别为0.999 8，0.998 7，0.999 1，3条谱线均无明显干扰，其中393.366 nm背景值最低。综合考虑后选择铁259.940 nm和钙393.366 nm作为分析谱线。。

2.3基体对铁、钙含量影响试验

BN样品经处理后，含有大量的硼基体，研究不同浓度硼基体对铁、钙组分含量测定的影响，分别配制含硼基体为0，100，300，500，1 000 μg/mL的5组标准溶液，对标准值为1.0 μg/mL的铁、钙标准溶液进行测定，测定结果见表2。由表2可知，不同浓度的硼基体对铁、钙含量测定的相对误差在±2%以内，说明质量浓度为0～1 000 μg/mL的硼基体对铁、钙含量测定没有明显干扰。

表2　硼基体影响试验测试结果

2.4铁、钙间干扰试验

考虑BN样品中铁、钙元素的最高含量（均为0.1%）和试液稀释倍数，在质量浓度分别为1.0，5.0 μg/mL的铁标准溶液中，加入100 μg/mL的钙标准溶液，在质量浓度分别为1.0，5.0 μg/mL的钙标准溶液中，加入100 μg/mL的铁标准溶液，分别进行测定，结果见表3。由表3可知，测定结果的相对误差均在±3%以内，说明铁、钙之间不存在明显相互干扰。

表3　铁、钙间干扰试验结果

2.5线性方程和检出限

在选定的仪器工作条件下，测定1.4配制的铁、钙混合标准溶液。以溶液的质量浓度为横坐标，光谱强度为纵坐标绘制工作曲线，进行线性回归，得线性方程及相关系数。平行测定空白溶液11次，以测定结果平均值3倍的标准偏差为检出限。铁、钙的线性范围、线性方程、相关系数和检出限见表4。

表4　线性范围、线性方程、相关系数及检出限

2.6精密度试验

对BN样品进行7次平行测定，测定结果见表5。由表5可知，铁、钙测定结果的相对标准偏差为分别为2.46%和1.10%（n=7），表明该测定方法的精密度良好。

表5　精密度试验结果

2.7加标回收试验

在BN样品溶液中，加入一定量铁、钙标准溶液，进行回收试验，结果见表6。由表6可知，铁组分的加标回收率为96%～103%，钙组分的加标回收率为99%～100%。该方法满足实验室测定BN中铁、钙含量的要求。

表6　样品加标回收试验结果

2.8样品测定

用所建立的方法对BN成分分析标准物质进行测定，平行测定7次，测定结果见表7。由表7可知，铁、钙元素的测定结果在标准物质标准值的允许范围内，说明此方法具有较高的准确度。

表7　对照试验结果

3　结语

以硝酸、氢氟酸混酸进行消解，采用ICP-AES法测定BN样品中铁、钙的含量、以BN标准物质ERM-ED103进行方法验证，结果满足BN标准物质的不确定度要求。该方法检出限低，重复性好，具有快速、准确、灵敏度高等优点，适用于BN样品中铁、钙含量的快速检测。

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Determination of Fe and Ca in Boron Nitride by ICP-AES

Gong Chen， Ji Kejian， Li Bentao， Huang Hui， Li Ying， Wan Xiaodong， Li Yanling， Deng Weihua
（CNGC Institute 53， Jinan 250031， China）

A method was established to measure the content of Fe and Ca in boron nitride（BN） by microwave digestion-ICP-AES， the interference from boron matrix and co-existing elements were studied. The mass concentration of Fe and Ca had linear relationship with the spectral intensity with the correlation coefficients more than 0.999. The detection limit of Fe and Ca were 0.024，0.006 µg/mL， respectively. The recoveries of Fe and Ca were 96%-103%， 99%-100%， respectively. The relative standard deviations of the detection results were 2.46% for Fe and 1.10% for Ca（n=7）. The measure results were in good agreement with BN reference material certified value. This method has advantages of rapid， accurate，high sensitivity， and it is suitable for Fe and Ca content measurement in boron nitride rapid detection.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry； boron nitride； Fe； Ca

O657.32

A

1008-6145（2016）03-0058-03

10.3969/j.issn.1008-6145.2016.03.015

联系人：巩琛；E-mail∶ 91933720@qq.com

2016-04-08