PlasmaMS 300型电感耦合等离子体质谱仪测定高纯铜中14种杂质元素
2024.03.19
纯铜具有优异的导电性、导热性、抗磁性、高塑性、耐蚀性等性能，可用于制造电线电缆、罗盘、航空仪表等。工业纯铜中常含有微量的Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、As、Se、Cd、Sn、Sb、Pb、Bi等杂质元素，会大大降低铜的导电导热性能。
钢研纳克采用PlasmaMS 300型电感耦合等离子体质谱仪，建立了纯铜杂质元素检测方案。该方案选用基体匹配和内标校正法克服纯铜基体效应，通过碰撞池来消除多原子离子干扰，建立起对纯铜中Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、As、Se、Ag、Cd、Sn、Sb、Pb、Bi等14种元素的检测分析方法。
图1：纯铜电芯
样品制备与前处理
样品前处理方法参考标准《GB/T 5121.28-2021铜及铜合金化学分析方法 第28部分：铬、铁、锰、钴、镍、锌、砷、硒、银、镉、锡、锑、碲、铅和铋含量的测定 电感耦合等离子体质谱法》，本实验经过一定改进后形成了本方法。
称取一定量纯铜样品于聚四氟乙烯烧杯中，加入硝酸加热消解后，将溶液转移至50ml塑料容量瓶，加入内标，定容摇匀。同等条件做空白。待分析。
称取相同质量的纯铜标准品，经与样品相同步骤前处理后作为基体溶液加入到标准溶液中， 再加入内标后定容。内标元素根据各元素质量数分别选择45Sc、103Rh、187Re。
在测试过程中，待测元素受干扰较为严重，因此选用基体匹配和内标校正法克服基体效应，开启碰撞气利用动能歧视原理来消除干扰。
图2：纯铜样品
待测元素同位素质量数选择
在测定中，从“质谱干扰”和“同位素丰度”两方面考虑选出各元素的佳质量数。
表1 待测元素质量数选择表
结果与讨论
1、 待测元素谱图和工作曲线
按照仪器设定的工作条件对标准溶液系列进行测定，以待测元素质量浓度为横坐标，强度为纵坐标，绘制校准曲线，见表2。部分代表性元素工作曲线如下图3~图7。
表2 待测元素标准曲线浓度表
|
分析 元素 |
质量 数 |
标准曲线浓度（ug/L） |
线性 系数 |
||||||||
|
STD1 |
STD2 |
STD3 |
STD4 |
STD5 |
STD6 |
STD7 |
STD8 |
STD9 |
|||
|
Cr |
52 |
0.0 |
0.2 |
0.4 |
0.8 |
2.0 |
4.0 |
8.0 |
20.0 |
40.0 |
0.999903 |
|
Mn |
55 |
0.999924 |
|||||||||
|
Fe |
56 |
0.999933 |
|||||||||
|
Co |
59 |
0.999911 |
|||||||||
|
Ni |
60 |
0.999912 |
|||||||||
|
Zn |
68 |
0.999926 |
|||||||||
|
As |
75 |
0.999910 |
|||||||||
|
Se |
78 |
0.999957 |
|||||||||
|
Ag |
107 |
0.999901 |
|||||||||
|
Cd |
111 |
0.999933 |
|||||||||
|
Sn |
118 |
0.999963 |
|||||||||
|
Sb |
121 |
0.999908 |
|||||||||
|
Pb |
208 |
0.999930 |
|||||||||
|
Bi |
209 |
0.999910 |
|||||||||
图3： Mn工作曲线
图4： Zn工作曲线
图6： Cd工作曲线
图7： Pb工作曲线
1、 检测结果、方法检出限和精密度
以下结果是在重复性条件下获得的两次独立测试结果的测定值，计算其平均值。根据GB/T 5121.28-2021，在该平均值范围内两个测试结果的差值均未超过重复性限(r)规定，符合标准中的精密度要求。测定样品加标结果，各元素回收率均在90%~110%之间。结果见表3。
表3 样品检测结果和加标测定结果表
*：该值低于工作曲线点，作为参考结果。
结论
采用PlasmaMS 300型电感耦合等离子体质谱仪同时测定纯铜中Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、As、Se、Ag、Cd、Sn、Sb、Pb、Bi等14种元素，方法简单，分析结果准确可靠，测定结果稳定，加标回收良好，适用于高纯铜中杂质元素含量的测定。
