碳化钨中痕量元素检测方案(ICP-AES)

本文采用利曼公司的Prodigy直流电弧光谱仪测量碳化钨中痕量元素，以验证设备性能。Prodigy直流电弧光谱仪是一个紧凑的台式设备，配备了800mm焦距中阶梯光栅光学系统和一个百万像素的大面积程序化检测器（L-PAD）。L-PAD的有效面积为28mm2，远大于目前其它直流电弧光谱仪配备的固态检测器的面积。TELEDYNE LEEMAN LABS A Teledyne Technologies Company 利曼Prodigy直流电弧光谱仪(DC Arc)测定 碳化钨中的痕量元素 摘要 碳化钨是一种细灰色粉末，熔点为2870℃，硬度为8.5-9.0，其硬度仅次于金刚石材料。碳化 钨呈粉末状，可压制成各种形状，用于工具、磨 料、珠宝、工业钻头、穿甲弹药、摩托雪橇设备 的钉子和自行车轮胎的螺栓。碳化钨主要与金属 钴共同用于生产硬质合金，用于提高磨损零件和 采矿工具的强度、硬度和热稳定性，进而提高了 产品的寿命和坚固性，如用于轧钢的工业冲头和 热辊。 本文采用利曼公司的Prodigy直流电弧光谱仪测量碳化钨中痕量元素，以验 证设备性能。 实验 仪器 本文采用Prodigy直流电弧光谱仪作为实验 设备。Prodigy直流电弧光谱仪是一个紧凑的台式 设备，配备了800mm焦距中阶梯光栅光学系统和 一个百万像素的大面积程序化检测器（L-PAD）。 L-PAD的有效面积为28mm2，远大于目前所有其 它直流电弧光谱仪配备的固态检测器的面积。 长焦距光路加上大面积检测器，组成了一个能提供从175-1100nm的连续波 长的固态检测系统。相对于其它具有固态检测器的直流电弧光谱仪而言，Prodigy 有一个显著的特点，即在一次直流电弧激发过程中实现了同时进行信号采集和 背景校正。单次直流电弧激发极大地减少了电极的消耗和样品的分析时间，提高 了实验工作效率。 除此之外，L-PAD的电荷注入器件的设计允许编程访问检测器阵列的每个像 素，并且可以对其储存的电荷进行无损读取。这些特点使其具有覆盖数个数量级 的动态范围，避免了检测器的线性范围的溢出。 Prodigy直流电弧光谱仪配备了电弧台，固态稳定电流的电源供给提高了其 稳定性。电源在电弧激发期间通过专用微处理器自动控制电弧台的电流。微处理 器同时还允许用户根据不同的样品类型编辑不同的电流程序。 操作参数 所有样品及标样均与由石墨、氟化钡和氧化锗（IV）的载体混合(质量比 5:4:1)，样品/标样与载体质量比为1:1。于研磨仪中混合至少5分钟，然后手动装 填到电极中。所有的样品在空气中激发，未采用斯托伍德气室。仪器和方法参数 列于表1中。 表1直流电弧光谱仪操作条件 参数 设置 直流电弧台 电流 Ignition at 6A, hold for 2 s, jump to 10A, hold for 58 s Stallwood气室 NONE 电极间距 4 mm 电极 样品电极 3/16” diameter with an undercut cup(ASTM#S-15) 上电极 1/8” diameter and pointed(ASTM#C-1) 样品 样品量 Hand packed,~40 mg 内标 None 积分时间 0-60 s for all wavelengths 所有电极购买于Bay Carbon Inc(Bay City, MI)。样品电极为3/16”槽状电极 (PN: S-15)和上电极直径为1/8”(PN: C-1)，两个电极间的间距为4mm，并且在整 个激发过程中随着电极及样品的消耗需要不断调整，以维持4mm的间距。 标准曲线 由于高纯钨更易获得且与碳化钨于DC-ARC中的行为相近，因此使用高纯钨 替代了碳化钨作为标样绘制标准曲线。使用含有45种元素的标准品(含量为 1.21%，MV Laboratories，Inc.，Frenchtown，NJ)，按质量比进行逐级稀释，研磨 后得到0、1、10、50及100 ppm的标准曲线。 图1为高纯碳化钨中Bi 306.772 nm的标准曲线。 图1高纯碳化钨中Bi 306.772 nm的标准曲线 结果和讨论 检出限 我们对于各元素的检出限作了相应研究，检出限基于对空白标样的9次重复 测量值的3倍标准偏差进行计算。因载体含锗及钡，因此二者检出限未给出。结 果如表2所示，所有元素积分时间为60 s。 3 / 4 表2碳化钨中杂质元素的检出限 Element Wavelength(nm) Detection Limit(ppm) Element Wavelength(nm) Detection Limit(ppm) Ag 338.289 0.046 Mn 260.569 0.020 Al 308.216 0.28 Mo 313.259 0.77 As 193.759 4.55 Na 330.232 1.84 B 249.678 0.062 Nb 309.418 0.89 Be 234.861 0.002 Ni 305.082 0.11 Bi 306.772 0.080 P 253.565 0.73 Ca 393.366 0.49 Pb 283.307 0.053 Cd 214.438 0.69 Sb 231.147 0.47 Co 345.351 0.026 Se 203.985 2.68 Cr 284.325 0.062 Si 251.921 3.53 Cu 327.396 0.025 Sn 317.502 0.19 Fe 259.940 0.29 Sr 407.771 0.22 Ga 294.364 0.021 Ti 334.941 0.093 K 766.491 0.29 Tl 535.046 0.41 Li 610.364 0.034 V 318.540 0.32 Mg 280.270 0.041 Zn 213.856 0.048 Zr 343.823 0.30 结论 我们应用Prodigy直流电弧光谱仪成功地对高纯碳化钨样品进行了分析。研 究结果表明对于高纯碳化钨中大部分杂质元素的检出限均远低于1ppm的水平。同时，应用电流稳定的激发源技术以及实时背景校正功能，可获取最佳的分析精 密度及重复性。