鎳基合金因具有良好的抗氧化、抗腐蝕及斷裂韌性等優(yōu)異性能在航空、核電等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。合金中元素的種類及含量對(duì)材料的性能具有很大的影響，因此要對(duì)每種合金元素的含量進(jìn)行嚴(yán)格控制，否則易在使用過(guò)程中析出有害相，損害合金的強(qiáng)度和韌性。砷錫銻鉛等在合金中殘存量極少，但對(duì)合金的性能影響卻很大，當(dāng)含量超出一定范圍時(shí)就會(huì)降低鋼的沖擊韌性和抗拉強(qiáng)度、增加鋼的脆性等。因此要嚴(yán)格控制鋼中這些元素的含量，這不僅給材料冶煉提出了很高要求，也對(duì)化學(xué)分析工作提出了挑戰(zhàn)。準(zhǔn)確測(cè)定雜質(zhì)元素的含量對(duì)于鎳基合金材料研制、生產(chǎn)及實(shí)際應(yīng)用中的質(zhì)量控制具有重要意義。
電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)作為一種高靈敏度、高效率、高選擇性、應(yīng)用范圍廣的多元素同步檢測(cè)手段，已被廣泛應(yīng)用于各種金屬、合金材料中微量及痕量元素的定性、定量分析。但由于鎳基高溫合金成分較為復(fù)雜，基體對(duì)于測(cè)定結(jié)果的干擾比較嚴(yán)重，導(dǎo)致樣品中的痕量元素難以準(zhǔn)確測(cè)定。單四極桿質(zhì)譜儀采用He氣碰撞模式可以消除基體簡(jiǎn)單的多原子干擾，但是對(duì)于純度很高的鎳基合金而言，由于鎳基體復(fù)雜，以58Ni1H+，58Ni17O+為代表的多原子干擾對(duì)59Co+、75As+造成的質(zhì)譜重疊難以去除，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果嚴(yán)重偏大。基于該現(xiàn)狀，三重四極桿(ICP-MS/MS)利用優(yōu)越的反應(yīng)池技術(shù)，使用氧氣質(zhì)量轉(zhuǎn)移模式，可以有效去除58Ni1H+，58Ni17O+對(duì)59Co+、75As+在m/z 59和75處的強(qiáng)烈干擾，使其在M+16 amu測(cè)量處不受影響，以實(shí)現(xiàn)Co，As含量的穩(wěn)定測(cè)試分析。而對(duì)于其他干擾較小的元素，基于ICP-MS/MS強(qiáng)大的碰撞池技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)該系列元素的良好測(cè)試分析。
本應(yīng)用中心使用三重四極桿（ICP-MS/MS）碰撞模式測(cè)定鎳合金中的Al、Mn、Fe、Cu、Zn、Se、Cd、Sn、Sb、Pb、Bi、Ag、Te元素，氧氣質(zhì)量轉(zhuǎn)移模式測(cè)定鎳合金中的Co、As，兩種模式結(jié)合可以有效去除多原子干擾，實(shí)現(xiàn)鎳合金的穩(wěn)定測(cè)試分析。該分析方法操作簡(jiǎn)單，測(cè)試穩(wěn)定，效率高，為實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鎳合金中雜質(zhì)含量的準(zhǔn)確測(cè)試分析提供思路和借鑒。
關(guān)鍵詞：ICP-MS/MS、冶金、鎳合金、碰撞反應(yīng)池、高基體高鹽配置、氧氣質(zhì)量轉(zhuǎn)移模式
實(shí)驗(yàn)部分
儀器：譜育科技EXPEC 7350型ICP-MS/MS，配置標(biāo)準(zhǔn)石英進(jìn)樣系統(tǒng)
表1 電感耦合等離子質(zhì)譜儀及超級(jí)微波消解儀
表2 電感耦合等離子質(zhì)譜儀檢測(cè)參數(shù)
試劑及標(biāo)準(zhǔn)品
試劑：優(yōu)級(jí)純鹽酸；優(yōu)級(jí)純硝酸；優(yōu)級(jí)純氫氟酸；備注：可采購(gòu)更高純度試劑(G3等級(jí))
純水：18.25MΩ·cm-1去離子水；
標(biāo)準(zhǔn)溶液：Al、Mn，F(xiàn)e、Co、Cu、Zn、As、Se、Ag、Cd、Sn、Sb、Pb、Bi、Te單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，1000 μg/mL，國(guó)家有色金屬研究院。
樣品處理
稱取0.1 g樣品于PFA Beaker中?依次加入3 mL鹽酸、2 mL硝酸、0.3 mL氫氟酸?150℃電熱板加熱?消解完全后趕酸至2 mL?冷卻，用超純水轉(zhuǎn)移至 100 mL PP瓶中稀釋定容
標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限
在表3所示的濃度范圍內(nèi)，所有待測(cè)元素線性相關(guān)系數(shù)值均大于0.999。以全流程方法空白樣品連續(xù)分析11次，所得結(jié)果以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差稀釋倍數(shù)計(jì)算各元素方法檢出限，見(jiàn)表3。各元素測(cè)定質(zhì)量數(shù)、分析模式、線性相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)以R2來(lái)衡量)也列于表3。
表3 測(cè)定元素質(zhì)量數(shù)、相關(guān)系數(shù)及檢出限
測(cè)試精密度
使用鎳合金消解液連續(xù)進(jìn)樣7次，根據(jù)測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)測(cè)試精密度，各元素精密度整體RSD＜4.56 %，具體測(cè)試結(jié)果如下表。
表4 方法精密度各元素測(cè)試結(jié)果(單位: mg/kg)
實(shí)際樣品測(cè)試
對(duì)鎳合金樣品的三個(gè)平行樣進(jìn)行分析，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 元素測(cè)試結(jié)果(單位: mg/kg)
注:AVE：平均值
結(jié)語(yǔ)
本應(yīng)用中心使用三重四極桿(ICP-MS/MS)碰撞模式測(cè)定鎳合金中的Al、Mn、Fe、Cu、Zn、Se、Cd、Sn、Sb、Pb、Bi、Ag、Te，氧氣質(zhì)量轉(zhuǎn)移模式測(cè)定鎳合金中的Co，As，兩種模式結(jié)合可以有效去除多原子干擾，實(shí)現(xiàn)鎳合金的穩(wěn)定測(cè)試分析。通過(guò)對(duì)鎳合金標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)直接測(cè)定分析，15種元素的測(cè)試值都在認(rèn)定值的不確定度范圍之內(nèi)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度與參考值基本一致，可作為實(shí)驗(yàn)室鎳合金中雜質(zhì)含量的分析方法。
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設(shè)備與耗材方案
一、EXPEC 7350 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)樣系統(tǒng)配置詳情
二、試劑及標(biāo)準(zhǔn)品
