【摘要】：金屬鎂/鉬及其合金作為航空、能源、電子、軍事等領域重要的金屬材料,其雜質含量以及純度分析結果的準確性,不僅直接影響該類材料的抗氧化性、抗腐蝕性等性能評價,而且對于以高純物質作為化學計量溯源依據(jù)而言,決定著該類標準物質關鍵特性量值的準確性和不確定度范圍。本文首先建立了電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)分析高純金屬鎂中痕量元素的方法。通過對高純鎂樣品中62個元素進行ICP-MS半定量分析,選取含量大于測定下限且大于1.0μg/g的9個元素:Cr、Fe、Mn、Ni、Cu、Zn、Sn、Pb和Bi進行ICP-MS定量分析;對于存在較為嚴重的質譜干擾且含量較高的Al、Si和Ca等三個元素,建立了標準加入法-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)分析方法,準確分析其含量;并解析了ICP-MS及ICP-AES分析高純鎂中雜質元素測定結果的不確定度來源,計算出各元素測定結果的標準不確定度。采用“雜質扣除法”,針對65個痕量雜質元素,得到結合ICP-AES的ICP-MS濕法分析方法的最終純度結果及其擴展不確定度為:99.924%±0.002%。在此基礎上,深入研究了直接固體分析的輝光放電質譜法(GD-MS)測定棒狀高純鎂純度分析方法。通過優(yōu)化GD-MS的放電參數(shù),放電電流設在47.0 mA、氣體流量設在599 mL/min時,使基體信號穩(wěn)定且強度可滿足測試的要求;預濺射15 min可完全消除樣品表面的污染。通過分析質量數(shù)相互作用引起的質譜干擾,優(yōu)化選擇了分析用同位素和相應的分辨率;采用鎂基標準樣品校正相對靈敏度因子(RSF);計算了GD-MS分析棒狀高純鎂中69種痕量雜質元素的檢出限及測定下限;通過解析GD-MS分析高純鎂中雜質元素測定結果的不確定度來源,計算出各元素測定結果的標準不確定度。采用“雜質扣除法”,針對69個痕量雜質元素,得到GD-MS的最終純度分析結果及其擴展不確定度為:99.927%±0.014%;而結合ICP-MS及ICP-AES分析12個痕量雜質元素的定量分析結果,其余元素采用GD-MS結果,最終綜合多方法的純度分析結果及其擴展不確定度為:99.926%±0.002%。最后,通過輝光放電質譜法(GD-MS)純度分析方法應用于棒狀高純鉬的分析研究,進一步驗證以上純度分析方法的可行性。其中高純鉬中痕量鎘因受到鉬氧、鉬氮等多原子離子的嚴重干擾,即使采用高分辨質譜儀也無法準確分析。為了有效消除干擾,采用串聯(lián)質譜的反應池技術,選取~(111)Cd為分析同位素,選擇0.4 mL/min的NH_3做反應氣,建立了電感耦合等離子體串聯(lián)質譜測定高純鉬中痕量鎘的分析方法,確立了雜質元素鎘的準確含量。棒狀高純鉬的三種純度分析方法的最終純度值和擴展不確定度結果為:ICP-MSICP-AES法(65種元素:99.971%±0.002%)、GD-MS(69元素:99.974%±0.010%)、多方法綜合(69元素:99.976%±0.002%)。通過對照3N(399.9%)高純鎂和高純鉬ICP-MSICP-AES法分析純度(65種元素)、GDMS純度分析結果(69種元素)、多方法綜合純度分析結果(69種元素)共三種純度分析方法的最終純度值和不確定度結果,可知GD-MS對高純鎂和高純鉬的純度定級準確可靠。GD-MS因其樣品免溶解直接測定、檢出限低、分辨率高、基體干擾小、操作簡單、省時等多種優(yōu)勢,完全能替代ICP-MS等濕法分析方法,實現(xiàn)對3N級別的高純鎂及高純金屬純度的準確分析;由于GD-MS對于大多數(shù)痕量雜質元素的檢出限較ICP-MS的檢出限低兩個數(shù)量級,因而在4N~6N或以上級別的高純鎂金屬純度分析,將具有更大的應用優(yōu)勢。
【學位授予單位】：鋼鐵研究總院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O657.63;TG146.22
【圖文】：

223為質量轉移和原位質量模式。在半導體行業(yè)，ICP-MS 分析高i、P 存在嚴重的質譜干擾，如30Si1H 對31P、30Si16O 對46Ti、30而采用氧氣質量轉移模式的 ICP-MS/MS 可將 P 和 Ti 以其氧化1P16O+的形式準確測定[38]。放電質譜（GD-MS）法S 可直接分析固體樣品，以輝光放電離子發(fā)生器作為離子源，金材料、導體、半導體和非導體材料中元素的定性、定量分析深度分析等。該方法具有分辨率高、檢測限很低、檢測范圍大解即可固體直接測量等優(yōu)點，廣泛的應用在無機材料的雜質分光放電電，即氣體在低壓下放電，圖 1-1 是一個輝光放電裝置。陰極，加上千伏電壓，氬氣被電離產(chǎn)生 Ar+，在電場的作用下，加的樣品表面被 Ar+碰撞后，濺射出原子、二次離子和二次電子等

光放電的陰極濺射和電離濺射是 Ar+在電場作用下加速撞擊樣品表面，處于晶格中的原子，脫離樣品表面。濺射率表示為濺射的程度，是單位時間濺射質量或深度[43]。放電主要有兩種電離方式：電子轟擊電離和彭寧電離。電子轟擊惰性氣體大量電離產(chǎn)生的電子碰撞濺射原子而發(fā)生的激發(fā)、電離表示為 A + e → A++ e2+，其中 A 代表樣品原子。彭寧電離是與被濺射出原子作用發(fā)生能量傳遞使樣品原子電離，同時釋放出化方式可表示為Ar + A → Ar + A++ e+，其中 A 代表樣品原子的原理如圖 2 所示，其中過程（3）是電子轟擊電離，過程（1）離由于原子化與離子化是分離的，基體效應弱，無標準物質/標出較準確的分析結果[44]。

檢測液體樣品，R.Kenneth Marcus 等[73]人設計了一種離子的毛細管作為輝光放電源的陰極，在大氣壓環(huán)境下毛細樣品朝樣品錐移動并發(fā)生離子化，叫作液體樣品-大氣壓ampling-atmospheric pressure glow discharge，LS-APGD)。，LS-APGD 離子源可在低電壓(小于 5 瓦)、低液體流速消耗量少，方便更換液體樣品類型，交叉污染少。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2743968