电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定高纯氧化铟中7种杂质元素

2019-12-27孙洪涛白英丽王佳丽

中国无机分析化学 2019年6期

莫蓉孙洪涛白英丽王佳丽

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

前言

铟(In)是一种稀散金属，我国铟储量居世界首位，集中分布在广西、云南和内蒙古等地。高纯氧化铟是铟系列的一个产品，属于当代高新技术材料的支撑材料，广泛用于ITO、半导体、冶金、化工、电子、光电等行业[1]。

高纯氧化铟化学分析方法为国家标准方法GB/T 23364—2009[2]，高纯铟化学分析方法为YS/T981—2014[3]，其中杂质元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等含量的测定方法为电感耦合等离子体质谱法，该项标准中没有杂质元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等含量的电感耦合等离子体原子发射光谱测定方法。目前，国内有的分析实验室还未配置电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)。而电感耦合等离子体原子发射光谱法已应用于金属铟和氧化铟锡粉末中杂质元素的分析检测领域[4-9]。

通过对标准溶液系列进行铟基体匹配，消除铟基体对待测元素的干扰，建立了ICP-AES法测定高纯氧化铟中Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等杂质元素含量的方法，方法的精密度及准确度均能满足测定要求。

1 实验部分

1.1 仪器及工作参数

iCAP 6300型电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国赛默飞世尓科技有限公司)；氩气纯度>99.99%。

RF功率1 150 W，雾化气压力0.2 MPa，辅助气流量0.5 L/min，蠕动泵泵速50 r/min，积分时间10 s，观测方式为垂直方向。

1.2 主要试剂

Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn标准储备溶液(1 000 μg/mL，国家标准物质研究中心)，高纯铟(WIn>99.99%)，盐酸(优级纯)，实验用水为超纯水(电阻率为18.2 MΩ·cm)。

1.3 样品处理

称取样品1.00 g(精确至0.000 1 g)于150 mL玻璃烧杯中，加入20 mL盐酸(1+1)，加热溶解至样品溶液完全清亮，冷却后移入100 mL容量瓶中，用超纯水稀释至刻度，摇匀。在选定的仪器工作参数下进行测定，同时做空白实验。

1.4 标准溶液系列的配制

分别称取3份0.827 g高纯铟(相当于1.00 g氧化铟中的铟含量)，按表1加入各待测元素混合标准溶液，加入20 mL盐酸(1+1)，待高纯铟完全溶解后，转移至100 mL容量瓶中，用超纯水稀释至刻度，摇匀待用。

1.5 测定

于电感耦合等离子体原子发射光谱仪上，在待测元素的波长处，测定各元素标准溶液系列的光谱强度。当校准曲线相关系数大于0.999时，进行样品溶液及空白溶液的测定。

表1 标准溶液系列中各元素质量浓度Table 1 Mass concentration of each element in the standard solution series /(μg·mL-1)

2 结果与讨论

2.1 溶样方法

分别采用20 mL盐酸(1+1)和20 mL硝酸(1+1)对高纯氧化铟样品(称样量均为1.00 g)进行消解实验。从实验效果看，采用两种酸，样品都能溶解，溶液清亮。在ICP-AES分析中，考虑不同无机酸对谱线强度的影响[10-11]，硝酸的影响要大于盐酸。故实验选择盐酸处理高纯氧化铟样品。

2.2 盐酸浓度选择

配制Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn质量浓度均为0.10 μg/mL混合标准溶液，盐酸介质体积分数分别为5%、10%、15%、20%。用电感耦合等离子体发射光谱仪对不同盐酸体积分数的上述溶液进行测定，实验结果表明，溶液中盐酸介质体积分数分别为5%～20%，对各元素的测定结果影响可忽略不计。

考虑酸度及溶液盐分对进样系统的影响，最终盐酸(10%)作为测定介质。

2.3 分析谱线的选择

从电感耦合等离子体发射光谱仪分析软件谱线库中分别选择待测元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn等2～3条谱线进行测定，根据谱线及背景轮廓、信背比、信号强度、干扰情况等选择合适的谱线作为分析线。选择时需剔除元素之间有相互干扰的谱线，保留灵敏度高、干扰小和信背比大的待测元素分析谱线。通过实验，选择了待测元素的最佳分析谱线如表2所列。

表2 元素的分析谱线Table 2 Spectral line of each element

2.4 基体干扰的消除

分别于电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析软件上绘制含铟基体(8.2 mg/mL，按样品为1.00 g，定容体积为100 mL时计算的铟基体浓度)和不含铟基体的待测元素Al、Cd、Cu 、Fe、Pb、Tl和Zn的工作曲线。实验结果表明，铟基体对于上述待测元素的测定有一定程度的干扰。

基体效应属于非光谱干扰，可通过采用标准溶液基体匹配法，补偿待测元素在标准溶液中与在实际样品所受到影响的差异。

实验采用铟基体匹配，配制标准样品系列溶液，消除铟基体对待测元素的干扰。

2.5 工作曲线线性、检出限和测定下限

在选定的仪器工作条件下，对标准溶液系列进行测定，以待测元素质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制校准曲线。对空白溶液重复进行10次测定，以测定结果标准偏差的3倍作为方法的检出限(3S)，以测定结果标准偏差的10倍作为方法的测定下限(10S)，结果如表3所列。

表3 工作曲线的线性方程、相关系数以及检出限和测定下限Table 3 linear equation, correlation coefficient ,detection limit and low limit of determination

2.6 加标回收实验和精密度实验

按照实验方法对高纯氧化铟样品进行加标回收实验，同时对加标的高纯氧化铟试样平行测定10次来验证方法的精密度。对测定结果进行数理统计，计算各元素的加标回收率和相对标准偏差(RSD)，结果如表4所示。从表4可知，各元素的加标回收率在92.2%～110%，分析结果准确可靠。方法中各元素的相对标准偏差在0.57%～5.8%，方法具有较高稳定性，满足分析检测要求。