三重四极杆,两种模式,实现镍合金15种杂质元素稳定分析

实验室应用技术中心
2022-06-02

镍基合金因具有良好的抗氧化、抗腐蚀及断裂韧性等优异性能在航空、核电等领域得到广泛应用。合金中元素的种类及含量对材料的性能具有很大的影响,因此要对每种合金元素的含量进行严格控制否则易在使用过程中析出有害相损害合金的强度和韧性。砷锡锑铅等在合金中残存量极少但对合金的性能影响却很大当含量超出一定范围时就会降低钢的冲击韧性和抗拉强度、增加钢的脆性等。因此要严格控制钢中这些元素的含量这不仅给材料冶炼提出了很高要求也对化学分析工作提出了挑战。准确测定杂质元素的含量对于镍基合金材料研制、生产及实际应用中的质量控制具有重要意义

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)作为一种高灵敏度、高效率、高选择性、应用范围广的多元素同步检测手段,已被广泛应用于各种金属、合金材料中微量及痕量元素的定性、定量分析。但由于镍基高温合金成分较为复杂,基体对于测定结果的干扰比较严重,导致样品中的痕量元素难以准确测定。单四极杆质谱仪采用He气碰撞模式可以消除基体简单的多原子干扰,但是对于纯度很高的镍基合金而言,由于镍基体复杂,以58Ni1H+58Ni17O+为代表的多原子干扰对59Co+75As+造成的质谱重叠难以去除,导致测试结果严重偏大。基于该现状,三重四极杆(ICP-MS/MS)利用优越的反应池技术,使用氧气质量转移模式,可以有效去除58Ni1H+58Ni17O+59Co+75As+m/z 5975处的强烈干扰,使其在M+16 amu测量处不受影响,以实现CoAs含量的稳定测试分析。而对于其他干扰较小的元素,基于ICP-MS/MS强大的碰撞池技术即可实现该系列元素的良好测试分析。

应用中心使用三重四极杆ICP-MS/MS碰撞模式测定镍合金中的AlMnFeCuZnSeCdSnSbPbBiAgTe元素,氧气质量转移模式测定镍合金中的CoAs两种模式结合可以有效去除多原子干扰,实现镍合金的稳定测试分析。该分析方法操作简单测试稳定效率高为实验室进行镍合金中杂质含量的准确测试分析提供思路和借鉴

实验部分

仪器

型号:EXPEC 7350ICP-MS/MS

配置:标准进样系统

图片1.png

1 电感耦合等离子体质谱仪

样品处理

称取0.1 g样品于PFA Beaker➡依次加入3 mL盐酸、2 mL硝酸、0.3 mL氢氟酸➡150电热板加热➡消解完全后赶酸至2 mL➡冷却,用超纯水转移至 100 mL PP瓶中稀释定容


标准曲线与检出限

3所示的浓度范围内,所有待测元素线性相关系数大于0.999。以全流程方法空白样品连续分析11所得结果以3倍标准偏差稀释倍数计算各元素方法检出限见表3。各元素测定质量数、分析模式、线性相关性(相关系数以R2来衡量)也列于表3

3 测定元素质量数、相关系数及检出限

元素

质量数

模式

线性相关系数

方法检出限(mg/kg)

Al

27

Q2-He

0.9990

0.454

Mn

55

Q2-He

0.9995

0.020

Fe

56

Q2-He

0.9993

0.350

Co

5975

QQ-氧迁移

1.0000

0.070

Cu

63

Q2-He

0.9994

0.025

Zn

66

Q2-He

0.9999

0.094

As

7591

QQ-氧迁移

0.9999

0.040

Se

82

Q2-He

0.9999

0.224

Cd

112

Q2-He

0.9999

0.013

Sn

120

Q2-He

0.9999

0.049

Sb

121

Q2-He

0.9997

0.011

Pb

206

Q2-He

0.9996

0.004

Bi

209

Q2-He

0.9999

0.004

Ag

107

Q2-He

1.0000

0.002

Te

128128

QQ-He

0.9998

0.009


测试精密度

使用镍合金消解液连续进样7次,根据测试结果评价测试精密度,各元素精密度整体RSD4.56 %,具体测试结果如下表。


4 方法精密度各元素测试结果(单位: mg/kg)

样品名称平行Al[Q2-He]
Mn[Q2-He]
Fe[Q2-He]
Co[QQ-氧迁移]

镍合金

AVE
25.68
2.46
20.07
1.34
RSD (%)
0.96
1.57
1.27
2.91
样品名称

平行

Cd[Q2-He]
Sn[Q2-He]
Sb[Q2-He]
Pb[Q2-He]

镍合金

AVE
0.15
0.92
1.09
1.04
RSD (%)
3.89
3.36
1.52
1.08

样品名称平行Cu[Q2-He]
Zn[Q2-He]
As[QQ-氧迁移]
Se[Q2-He]

镍合金

AVE1.79
2.15
0.80
0.76
RSD (%)1.42
4.56
1.86
4.21
样品名称
平行Bi[Q2-He]
Ag[Q2-He]
Te[QQ-He]
-

镍合金

AVE0.92
1.14
0.73
-
RSD (%)0.79
1.37
4.11
-

实际样品测试

对镍合金样品的三个平行样进行分析,测试结果见表5


5 元素测试结果(单位: mg/kg)

样品名称
元素
Al[Q2-He]
Mn[Q2-He]
Fe[Q2-He]
Co[QQ-氧迁移]


镍合金

参考值
24±5
2.3±0.3
19±2
1.7±0.8
AVE
24.57
2.49
20.12
1.48
RSD(%)
0.50
1.88
4.23
3.32
样品名称
元素
Cd[Q2-He]
Sn[Q2-He]
Sb[Q2-He]
Pb[Q2-He]
镍合金
参考值
0.2±0.1
1.1±0.3
1.1±0.2
1.0±0.1
AVE
0.15
0.91
1.07
1.03
RSD(%)
3.60
4.26
1.68
0.44

样品名称元素Cu[Q2-He]
Zn[Q2-He]
As[QQ-氧迁移]
Se[Q2-He]

镍合金

参考值1.8±0.42.3±0.50.7±0.20.7±0.2
AVE
1.86
2.19
0.78
0.79
RSD (%)
1.55
2.08
2.22
3.48
样品名称

元素

Bi[Q2-He]
Ag[Q2-He]
Te[QQ-He]
-

镍合金

参考值0.9±0.11.1±0.10.8±0.2-
AVE
0.92
1.13
0.73
-
RSD (%)
1.52
1.58
1.38-

:AVE平均值


结语

应用中心使用三重四极杆(ICP-MS/MS)碰撞模式测定镍合金中的AlMnFeCuZnSeCdSnSbPbBiAgTe,氧气质量转移模式测定镍合金中的CoAs,两种模式结合可以有效去除多原子干扰,实现镍合金的稳定测试分析。通过对镍合金标准物质直接测定分析15种元素的测试值都在认定值的不确定度范围之内数据准确度与参考值基本一致,可作为实验室镍合金中杂质含量的分析方法


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