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三重四極桿，氧氣質(zhì)量轉移模式，實現(xiàn)鎳合金15種雜質(zhì)元素穩(wěn)定分析

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、核電等領域得到廣泛應用。合金中元素的種類及含量對材料的性能具有很大的影響，因此要對每種合金元素的含量進行嚴格控制，否則易在使用過程中析出有害相，損害合金的強度和韌性。砷錫銻鉛等在合金中殘存量極少，但對合金的性能影響卻很大，當含量超出一定范圍時就會降低鋼的沖擊韌性和抗拉強度、增加鋼的脆性等。因此要嚴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，也對化學分析工作提出了挑戰(zhàn)。準確測定雜質(zhì)元素的含量對于鎳基合金材料研制、生產(chǎn)及實際應用中的質(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、應用范圍廣的多元素同步檢測手段，已被廣泛應用于各種金屬、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雜，基體對于測定結果的干擾比較嚴重，導致樣品中的痕量元素難以準確測定。單四極桿質(zhì)譜儀采用He氣碰撞模式可以消除基體簡單的多原子干擾，但是對于純度很高的鎳基合金而言，由于鎳基體復雜，以58Ni1H+，58Ni17O+為代表的多原子干擾對59Co+、75As+造成的質(zhì)譜重疊難以去除，導致測試結果嚴重偏大?；谠摤F(xiàn)狀，三重四極桿(ICP-MS/MS)利用優(yōu)越的反應池技術，使用氧氣質(zhì)量轉移模式，可以有效去除58Ni1H+，58Ni17O+對59Co+、75As+在m/z 59和75處的強烈干擾，使其在M+16 amu測量處不受影響，以實現(xiàn)Co，As含量的穩(wěn)定測試分析。而對于其他干擾較小的元素，基于ICP-MS/MS強大的碰撞池技術即可實現(xiàn)該系列元素的良好測試分析。

本應用中心使用三重四極桿（ICP-MS/MS）碰撞模式測定鎳合金中的Al、Mn、Fe、Cu、Zn、Se、Cd、Sn、Sb、Pb、Bi、Ag、Te元素，氧氣質(zhì)量轉移模式測定鎳合金中的Co、As，兩種模式結合可以有效去除多原子干擾，實現(xiàn)鎳合金的穩(wěn)定測試分析。該分析方法操作簡單，測試穩(wěn)定，效率高，為實驗室進行鎳合金中雜質(zhì)含量的準確測試分析提供思路和借鑒。

關鍵詞：ICP-MS/MS、冶金、鎳合金、碰撞反應池、高基體高鹽配置、氧氣質(zhì)量轉移模式

實驗部分

儀器：譜育科技EXPEC 7350型ICP-MS/MS，配置標準石英進樣系統(tǒng)

表1 電感耦合等離子質(zhì)譜儀及超級微波消解儀

表2 電感耦合等離子質(zhì)譜儀檢測參數(shù)

試劑及標準品

試劑：優(yōu)級純鹽酸；優(yōu)級純硝酸；優(yōu)級純氫氟酸；備注：可采購更高純度試劑(G3等級)

純水：18.25MΩ·cm-1去離子水；

標準溶液：Al、Mn，F(xiàn)e、Co、Cu、Zn、As、Se、Ag、Cd、Sn、Sb、Pb、Bi、Te單元素標準溶液，1000 μg/mL，國家有色金屬研究院。

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，用超純水轉移至 100 mL PP瓶中稀釋定容

標準曲線與檢出限

在表3所示的濃度范圍內(nèi)，所有待測元素線性相關系數(shù)值均大于0.999。以全流程方法空白樣品連續(xù)分析11次，所得結果以3倍標準偏差稀釋倍數(shù)計算各元素方法檢出限，見表3。各元素測定質(zhì)量數(shù)、分析模式、線性相關性(相關系數(shù)以R2來衡量)也列于表3。

表3 測定元素質(zhì)量數(shù)、相關系數(shù)及檢出限

測試精密度

使用鎳合金消解液連續(xù)進樣7次，根據(jù)測試結果評價測試精密度，各元素精密度整體RSD＜4.56 %，具體測試結果如下表。

表4 方法精密度各元素測試結果(單位: mg/kg)

實際樣品測試

對鎳合金樣品的三個平行樣進行分析，測試結果見表5。

表5 元素測試結果(單位: mg/kg)

注:AVE：平均值

結語

本應用中心使用三重四極桿(ICP-MS/MS)碰撞模式測定鎳合金中的Al、Mn、Fe、Cu、Zn、Se、Cd、Sn、Sb、Pb、Bi、Ag、Te，氧氣質(zhì)量轉移模式測定鎳合金中的Co，As，兩種模式結合可以有效去除多原子干擾，實現(xiàn)鎳合金的穩(wěn)定測試分析。通過對鎳合金標準物質(zhì)直接測定分析，15種元素的測試值都在認定值的不確定度范圍之內(nèi)，數(shù)據(jù)準確度與參考值基本一致，可作為實驗室鎳合金中雜質(zhì)含量的分析方法。

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