电感耦合等离子体质谱法在冶金分析中的应用-论文

第 4 2卷第 2期2 0 1 4年 4月

现代冶金Mo d e r n Me t a l l u r g y

V o1 . 42

N0.2

A pr.2 01 4

电感耦合等离子体质谱法在冶金分析中的应用陆红娟(江苏省生产力促进中心，江苏南京 2 1 0 0 4 2 )

摘

要：介绍了电感耦合等离子体质谱法 ( I n d u c t i v e l y Co u p l e d P l a s ma Ma s s S p e c t r o m e t r y。 I C P MS)的工作原理，

分析了 I C P - MS在冶金定量分析、微区分析和深度分析中的应用。 关键词：I C P— MS;冶金；应用

中图分类号：T Gl】 5 - 3 3

引言电感耦合等离子体质谱法 ( I n d u c t i v e l y C o u p l e dP l a s ma Ma s s S p e c t r o me t r y, I CP - MS)技术具有谱简

离子源，样品在通道中进行蒸发、解离、原子化、 电离等过程。离子通过样品锥接口和离子传输系统进入高真空的 MS部分，MS部分为四极快速扫描质谱仪，通过高速顺序扫描分离测定所有离子，使形

单、检限低、线性动态范围宽、可实现多元素快速同时测定等特点，可结合同位素比例和同位素稀

成的离子按质荷比 ( m/ e )进行分离，不同元素有不同质荷比，扫描元素质量范围从 6 - 2 6 0,并通过高速双通道分离后的离子进行检测，根据元素的分子

释法、多种分离技术及进样方法，有利于合金等复杂体系的超痕量元素分析，口益成为冶金分析领域关注的焦点。如欧洲共同体钢铁和煤炭署 ( E C S C) 组织了具有不同技术特点的研究小组，共同研究 I C P— MS技术在钢铁工业中应用的可能性及存在的问题。

离子峰进行定性和定量分析，浓度线性动态范围达

9个数量级，从 1 p p t~1 0 0 0 p p m均可直接测定。

2干扰及校正I CP . MS分析干扰主要有质谱干扰和非质谱干

I C P . MS仪器类型主要由最初的四级杆 I C P . MS 仪，发展为包括四级杆 I C P . MS仪、双聚焦扇

形磁场

扰，质谱干扰主要来自同质异位素、双电荷离子和多原子离子等谱线重叠干扰，多原子离子包括双原子离子、氧化物离子、氢氧化物离子等。非质谱干

高分辨 I C P— MS仪、多接收器磁场扇形等离子体质谱仪 (MC— I CP— MS仪)、飞行时间等离子体质谱仪 ( T OF— I CP - MS仪 )等多种类型。随着仪器硬件的

扰包括基体效应和接口效应。基体效应是由于高浓度的基体元素在等离子体火焰中的电离，增强或抑制了被测元素的电离，从而使不同元素的灵敏度产

不断发展，仪器的灵敏度大大提高，分辨率也越来越高。越来越多的分析元素可依靠同位素和分辨率 的选择直接测定，而无需复杂的化学前处理去除干扰元素或通过化学计算扣除干扰元素干扰。分析的线性范围也变宽，从 1×l 0 发展到 l× 1 0。。四级杆

生不同程度的影响。接口效应是长时间喷人高盐溶液使采样锥堵塞，最后导致灵敏度下降。消除I C P . MS - T扰的方法主要包括： (1)仪器分

I C P MS仪、双聚焦扇形磁场高分辨 I C P . MS仪、动态反应池I C P— MS仪等在钢铁冶金分析中都有较多应用。

析参数的优化，每次使用前用调谐液对仪器进行校正，保证灵敏度、双电荷、氧化物和质量轴均达到

设定要求； ( 2)样品稀释后分析，降低基体元素的

1工作原理在I C P— MS中，I C P作为质谱的高温 ( 8 0 0 0 K)收稿日期：2 0 1 3 . 1 0 . 1 3

浓度，即把样品稀释到荩体元素的总浓度低于产生

干扰的界限，从而抑制基体效应；( 3 )内标校正，

作者简介：陆红娟 ( 1 9 8 3 . 1,女，‘ I: 师。电话：1 3 9 1 3 3 0 5 3 1 1

现代

冶金

第 4 2卷

选择和被测分析物的质量数和电离能相接近的物

的优化，并选择合适的透镜组参数，可著地减小钼的氧化物离子的干扰强度[ 6】。在硅钢样品的

质作为内标；( 4)标准加入法用于补偿基体效应；( 5 )同位素稀释法测定，可得到很好的准确度和精密度；

( 6)化学分离技术，从基体中分离 m被测物以消除基体效应影响； ( 7)流动注射技术也可减少基体效应。 南于冶金样品成分复杂，因此消除 I C P . MS测定

I C P— MS测定中，铁作为基体元素在体系中大量存在，会对测定结果产生较大的基体干扰，表现为相对于纯水中的同样浓度的元素含量，信号会明显减弱，因此配制校准曲线时需要进行基体匹配。同时 .由于大量基体的存在，溶液总溶解同体量较高，在

中出现的大量质谱干扰及非谱干扰，成为I C P . MS在冶金分析中应用研究的重点和难点。2 . 1 质谱干扰

测量过程中存在明显的信号漂移，需采州内标校止进行消除。通常作为 1 C P— MS测量的内标元素，必须具有较高的测量灵敏度 .较好的稳定性 .没 l有同位素干扰，与被测元素质量数相近，且在样品中不含有陔元素I 9 A 0],因此李杰等选择了钇 (聃Y )作为内

冶金样品测定过程中存在较为严重的质谱十扰，其中包括同量异位素重叠、多原子或加合物离子、雉溶氧化物离子和双电荷离子等的干扰，尤其以多原子离子产生的十扰最为严重。如在镍基合金

标。结果显示，随着时间增加，硅钢样品溶液中C u和 Ni的测量信号逐渐减弱；而经过内标 Y校正后的信号强度保持基本不变 .表明了采用 Y作内标校正对消除基体效应的影响十分有效 J。

的分析中，难溶氧化物离子干扰较为严重，一些痕量元素的测定值误差相当大，其中最严重的干扰可能来自Mo O 和 Mo O 2 ,因为 Mo有7个同位素，形成 的一氧、二氧化物离子的干扰覆盖了从1 O 8 - 1 3 2 m/ z (质荷比)的很宽的质量区间，对大范围

3 I C P . MS的应用3 . 1 定量分析

的冗素产生十扰i 6] o胡净宇等采用数学校正法减小

或消除 Mo O 和" Mo O的干扰影响，测定高温合金中的痕量隔和碲，与认定值有较好吻合，R S D小于2 0%【 6】。由于介质元素 Ar O 和基体元素 F e干

扰 Ni的最大丰度同位素 Ni, Na Ar 、 T i O 十扰C u的最大丰度同位素 C u,因此李杰等选择同位素 C u和

随着各种联用技术和校正方法的研究， I C P . MS 技术在冶金分析中逐渐显示出优势，并得到迅速发展，多元素同时测定是其最显著的特点。I s h i b a s h i 采用L A. I C P . MS以连续波长、 Q开关、 Nd— YAG激光， 作为I CP . MS快速分析钢铁样品的激光烧蚀系统，用

标准样品和高纯样品建立校正曲线， F e做内标， 对钢样中大部分元素分析，大多数元素测定结果的RS D在 5%. 1 O%范围… J。Ma t s c h a t等采用 HR. I CP . MS

6。 Ni作为测定元素测定硅钢中痕量铜和镍，所得结果与电感耦合等离子体原子发射光谱法测定结果完全吻合，各元索测定结果的 R S D俯小于 5%,加标回收率为 9 7 . 3%. 1 0 0 . 3%【”。2 . 2 基体效应

测定高纯金属C d、C u、G a、Z n中3 4种元素，其中 2 9种元素在无基体或基体浓度为 2 g/ L l f ' J￣情况下，检

出限平均值分别为6 . 4,1 3,1 6,l 0 n g/ L。3 . 2 微区分析

基体效应很难被测量和定量化，且高浓度的基体元索将导致采样锥的堵塞，造成信号的不规律损失，使分析精度变差，妨碍直接测定。周学忠等在

将激光烧蚀技术与 1 C P . MS联用 ( L A . 1 C P . MS),不仅能进行整体取样，而且能进行特定微 的描

测定电池锌粉中杂质元素时，将氯离子浓度控制在 4%以内，其蔡体效应对待测同位素的影响可以忽略】。

迹，除了元素组份分析外，还可以给}} I详细的材料表 …… 此处隐藏：7422字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……