FWS-1000電感耦合等離子體單道掃描光譜儀在稀土材料分

1、 FWS-1000電感耦合等離子體單道掃描光譜儀在稀土材料分析上的應(yīng)用 (北京豐益求實(shí)儀器有限責(zé)任公司) 電感耦合等離子體(inductively coupled plasma) 簡(jiǎn)稱ICP。ICP單道掃描光譜儀器, 與其它的光譜儀器相比, 具有許多優(yōu)點(diǎn): 光源穩(wěn)定, 再現(xiàn)性好, 檢出限低, 工作曲線的線性范圍廣, 測(cè)定精度高, 能同時(shí)進(jìn)行多元素分析, 分析速度快, 應(yīng)用范圍廣, 幾乎可分析周期表中所有金屬元素和部分非金屬元素。 北京豐益求實(shí)儀器有限責(zé)任公司作為分析儀器的專業(yè)制造廠商, 研發(fā)生產(chǎn)的FWS-1000型單道掃描光譜儀, 其有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán), 國(guó)家發(fā)明專利,整機(jī)性能穩(wěn)定, 測(cè)量范圍寬

2、, 檢出限低, 分辨率高。廣泛應(yīng)用于稀土分析、貴金屬分析、環(huán)境保護(hù)、水質(zhì)檢測(cè)、合金材料、建筑材料、醫(yī)藥衛(wèi)生、高等院校等科學(xué)領(lǐng)域作元素定量分析。 ICP-1000型等離子體單道掃描光譜儀是由射頻發(fā)生器、試樣引入系統(tǒng)、掃描分光器、光電轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和分析操作軟件組成。射頻發(fā)生器產(chǎn)生的高頻功率通過(guò)感應(yīng)線圈加到三同心石英炬管上, 在石英炬管的外層通入氬氣并引入電火花使之產(chǎn)生電離形成氬等離子體, 這種氬等離子體的溫度可達(dá)6000-8000攝氏度。待測(cè)水溶液通過(guò)噴霧器型成的氣溶膠進(jìn)入石英矩管中心通道, 受到高溫的激發(fā)后, 以光的型式放出特征譜線, 通過(guò)透鏡射到分光器中的光柵上, 分光后的待測(cè)元素特征

3、譜線光強(qiáng)通過(guò)計(jì)箅由步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)光柵傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 準(zhǔn)確定位于出口狹縫處, 光電倍增管將該譜線光強(qiáng)轉(zhuǎn)變成光電流, 再經(jīng)電路處理和V/F變換后, 進(jìn)入計(jì)箅機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理, 最后由打印機(jī)打出分析結(jié)果。 儀器主要技術(shù)指標(biāo)射頻發(fā)生器 電路類型: 電感反饋式自激振蕩電路, 同軸電纜輸出, 匹配調(diào)諧, 取功率反饋進(jìn)行閉環(huán)自動(dòng)控制. 工作頻率: 40MHz, 頻率穩(wěn)定性: <0.1%. 輸出功率: 800-1200W. 輸出功率穩(wěn)定性: <0.5%. 電磁場(chǎng)泄漏射強(qiáng)度: 距機(jī)箱30cm處. 電場(chǎng)強(qiáng)度: E:<2V/m.磁場(chǎng)強(qiáng)度: H:<0.2A/m. 電源: 220V 25A。試樣引入系統(tǒng)

4、 輸出工作線圈內(nèi)徑25mm, 3匝, 配三同心外徑20mm的石英矩管.同軸型噴霧器外徑6mm. 雙簡(jiǎn)型霧室外徑35mm. 氬氣流量計(jì)規(guī)格和載氣壓力表規(guī)格(1) 等離子氣流量計(jì)(1001000)L/h (2) 輔助氣流量計(jì)(10100) (3) 載氣琉量計(jì)(4) 載氣穩(wěn)壓閥(00.4)Mpa掃描分光器 光路: Czemy Tumer型. 焦距: 1000mm. 光柵規(guī)格: 離子刻蝕全息光柵.刻線密度3600線/mm或2400線/mm, 刻線面積:(80×110)mm. 3600線/mm 分辨率:0.008nm. 2400線/mm 分辨率: 0.01nm 掃描波長(zhǎng)范圍: 3600線/nm

5、 掃描波長(zhǎng)范圍 195500nm 2400線/nm掃描波長(zhǎng)范圍:195800nm.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)最小步距: 0.0006nm. 反射鏡規(guī)格(78×105×16)mm. 透鏡 30,1:1成像.電子測(cè)量及控制電路 光電倍增管規(guī)格: R212UH, R928. 光電倍增管負(fù)高壓:(2001000)V, 穩(wěn)定性:0.05%. 光電倍增管電流測(cè)量范圍:10-¹²10-4A. 信號(hào)采集為V/F變換, 1mV對(duì)應(yīng)100Hz, 整機(jī)技術(shù)指標(biāo) 分析速度: 一分鐘內(nèi)分析10個(gè)元素. 精密度: 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD2%.穩(wěn)定性: 相對(duì)標(biāo)淮偏差RSD3%. 測(cè)量線性范圍: 5個(gè)數(shù)

6、量級(jí). 檢出限低: (代表元素檢出限) 絕大部元素在亞PPb級(jí).1.實(shí)驗(yàn)部分1:1儀器： FSW-1000ICP-AES發(fā)射光譜儀 (北京豐益求實(shí)儀器有限責(zé)任公司)1:2試劑: 所用稀土試劑均大于99.999%, 其余試劑均為光譜純或基準(zhǔn)試劑.1:3標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的配制 表1 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度(%)基體 FeLaCePrNdTbDyHoAl BCoCuGaNbST165 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0ST2650.50.5 530.00.13.00.10.51.01.00.20.20.2ST3651.01.01035.00.56.00.51.03.02.00.51.01.01:4

7、試樣溶液制備準(zhǔn)確稱取100mg試樣于100ml燒杯中, 先加入少量去離子水, 再 加入20ml(1:1)HCl低溫溶解至清, 冷卻后沖稀至100ml容量瓶中, 沖稀至刻度, 均勻, 酸度為5%(V/V). 待測(cè).2.結(jié)果與討論 2:1分析線的選擇由于稀土元素譜線復(fù)雜, 因此在譜線選擇上要充分考慮其光譜干擾, 本文在譜線選擇上采取對(duì)所選譜線進(jìn)行輪廓掃描的方法, 在此峰位及其附近掃描不含該元素的其它元素的混合溶液, 并通過(guò)相互干擾實(shí)驗(yàn), 再用1mg/ml純 Fe 標(biāo)準(zhǔn)溶液在所選定譜線進(jìn)行掃描篩選, 結(jié)果顯示此溶度純Fe對(duì)表中所選擇的分析線無(wú)干擾或干擾很小, 對(duì)測(cè)定沒(méi)有影響. 表2 分析線及測(cè)定范圍

8、元 素分析線(nm)測(cè)定范圍(%)元 素分析線(nm)測(cè)定范圍(%) La 442.9900.005-1.0 Al 237.3120.005-1.0 Ce 456.2360.005-1.0 B 249.7730.005-3.0 Pr 422.5350.01-10.0 CO 228.6160.005-2.0 Nd 406.1090.01-35.0 Cu 324.7540.005-0.5 Tb 350.9170.005-1.0 Ga 294.3640.005-0.5 Dy 407.7960.005-1.0 Nb 319.4980.005-1.0 Ho 347.4260.005-1.0 2:2儀器最

9、佳條件的選擇以譜線的信背比作為考查指標(biāo), 對(duì)ICP工作參數(shù)(功率、載壓、觀測(cè)高度) 進(jìn)行了考查(見(jiàn)下圖). 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定功率為1.25KW(陽(yáng)流0.95A), 載壓0.14MPa, 觀測(cè)高度距線圈上方12mm(狹縫蓋上), 作為多元素測(cè)定的折哀條件。ll/lh0.85 0.90 0.95 1.0 ACo×10BNdA1Dy×10ll/lh0.11 0.12 0.13 0.14 0.15BA1Nd×10Dy×10. 2:3 酸度的選擇 釹、鐵、硼的溶解, 常規(guī)鹽酸和硝酸都能溶解, 所以本方法選擇了鹽酸工作體系, 在這基礎(chǔ)下, 選擇了酸度從2%-15%,

10、試驗(yàn)了強(qiáng)度和信背比的關(guān)系, 試驗(yàn)結(jié)果顯示隨著酸度的提高, 各元素信號(hào)值略有下降, 但不是很明顯.。但如果采用低酸度, 則容易析出而堵塞管路。 而酸度高, 信號(hào)值則下降, 因此本文選擇了酸度10%(V/V) 作為測(cè)試條件。2:4 基體對(duì)測(cè)定影響 釹、鐵、硼中測(cè)定主要是配份量的分析, 被測(cè)元素含量為0.1%35%左右, 考慮到儀器靈敏度, 精度等因素, 本文選擇的基體濃度為0.5mg/ml2mg/ml作為試驗(yàn)對(duì)象, 從試驗(yàn)結(jié)果得出在這一基體范圍內(nèi), 基體對(duì)測(cè)定無(wú)影響,本方法最終選擇的基體濃度為1mg/ml作為測(cè)試條件。2:5 精密度和加料回收 方法的檢出限和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別用公式DL=3×

11、;0.01C/(I1/Ib) 和RSD%=S/X計(jì)算, 同一試樣分3次, 測(cè)得11個(gè)數(shù)據(jù), 計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差, 結(jié)果見(jiàn)表6表3 方法的回收率、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差元素 加入量 (%)測(cè)得量平均值 (%) 回收率 (%)RSD (%) La 0.20 0.21 105 0.30 Ce 0.02 0.019 95 0.43 Pr 0.20 0.19 95 1.19 Nd 25.0 24.75 99.07 0.69 Tb 0.10 0.10 100 0.39 Dy 5.0 4.92 98.4 0.30 Ho 0.2 0.19. 95.0 0.26 Al 0.5 0.52 104 0.34 B 1.0 1.0

12、2 102 0.38 Co 1.0 1.01 101 0.62 Cu 0.20 0.21 105 0.93 Ga 0.50 0.51 102 0.80 Nb 0.50 0.52 104 1.182:6 儀器穩(wěn)定性試驗(yàn) 儀器穩(wěn)定性試驗(yàn)是在開(kāi)機(jī)20分鐘后, 對(duì)同一樣品進(jìn)行連讀測(cè)定, 本文選擇了不同譜線譜段位置La、Al、B、Co、Nd五個(gè)元素進(jìn)行了考查, 結(jié)果見(jiàn)表4 表4 儀器穩(wěn)定性試驗(yàn)元素 1 2 3 4 5 6 7 8 9RSD(%) La0.240.240.240.230.240.250.240.230.24 0.56 Al0.340.340.340.350.350.340.330.340.35 1.03 B1.000.990.991.001.011.011.001.001.00 0.66 Co1.631.651.671.661.621.651.651.641.66 0.50 Nd26.5126.4726.7526.4826.6726.8126.3226.5126.59 1.21結(jié)論從以上實(shí)驗(yàn)證明,FWS-1000型ICP單道掃描光譜儀,