孫洪濤，楊娟，王志萍，陳紅

(西北稀有金屬材料研究院，稀有金屬特種材料國家重點實驗室，寧夏石嘴山 753000)

ICP–AES法測定銻鈹芯塊中鉛、鐵、錳和鎂

孫洪濤，楊娟，王志萍，陳紅

(西北稀有金屬材料研究院，稀有金屬特種材料國家重點實驗室，寧夏石嘴山 753000)

建立電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP–AES)測定銻鈹芯塊中鉛、鐵、錳和鎂雜質(zhì)元素的方法。對溶液酸度的選擇、光譜和基體干擾等進行了試驗和討論，在優(yōu)化儀器工作參數(shù)的條件下，通過基體匹配，有效消除了基體干擾的影響。鉛、鐵、錳、鎂的質(zhì)量濃度在0.05～10.0 μg／mL范圍內(nèi)與其光譜強度呈良好的線性關系，線性相關系數(shù)大于0.999。鉛、鐵、錳、鎂的檢出限在0.5～5.3 μg／L之間，測定結果的相對標準偏差為0.9%～2.9%(n=7)，加標回收率為92%～106%。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法與原子吸收光譜法對照，測定結果相符合。該方法準確可靠，可用于銻鈹芯塊中鉛、鐵、錳和鎂雜質(zhì)元素的測定。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法；銻鈹芯塊；鉛；鐵；錳；鎂

銻鈹芯塊為核電站堆芯用的材料之一［1］，銻鈹芯塊中銻含量范圍為78%～80%；鈹含量范圍為20.3%～23.3%。芯塊中鉛、鐵、錳、鎂含量范圍：0.005%～0.2%，準確測定芯塊中鉛、鐵、錳、鎂量具有重要意義。目前，銻鈹芯塊中鉛、鐵、錳、鎂的測定方法為有色金屬行業(yè)標準YS／T 462.4–2000［2］。測定金屬銻中鉛、鐵的國標方法為鄰二氮雜菲分光光度法測定鐵［3］、火焰原子吸收光譜法測定鉛［4］。測定金屬鈹中鉛、鐵、錳、鎂量的國軍標GJB 2513–2000方法［5］為1，10-鄰菲羅啉分光光度法測定鐵、原子吸收光譜法測定錳和鎂、石墨爐原子吸收光譜法測定鉛。原子吸收光譜法為單元素分析法，試樣前處理繁瑣，不能進行多元素同時分析。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP–AES)法和電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP–MS)法已廣泛應用于銻、銻合金及鈹合金中雜質(zhì)元素的分析測定［6–19］。筆者采用ICP–AES法測定銻鈹芯塊鉛、鐵、錳和鎂量，與原子吸收光譜法相比，該方法靈敏度高，分析速度快，干擾較少，試樣前處理簡單，可同時分析多元素，適用于銻鈹芯塊中鉛、鐵、錳、鎂的日常質(zhì)檢分析。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：iCAP6300型，雙向觀測，美國Thermo Fisher 公司；

鈹、鉛、鐵、錳、鎂混合標準儲備溶液：鈹?shù)馁|(zhì)量濃度10 mg／mL，其余均為1.0 mg／mL，國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院；

硝酸：1.51 g／mL，優(yōu)級純，白銀良友化學試劑有限公司；

鹽酸：1.19 g／mL，優(yōu)級純，白銀良友化學試劑有限公司；

銻：純度不小于99.999%，四川峨嵋半導體材料廠；

實驗用水為二次去離子水。

1.2 儀器工作條件

RF功率：1 150 W；等離子氣流量：15 L／min；輔助氣：氬氣，流量為0.5 L／min；蠕動泵轉速：35 r／min；積分時間：20 s；進樣體積：2.5 mL。

1.3 樣品處理

稱取質(zhì)量為0.250 0 g(精確至0.000 1 g)的銻鈹芯塊試樣，置于150 mL燒杯中，蓋上表面皿，緩慢加入10 mL鹽酸，待劇烈反應后，加入2 mL硝酸，低溫加熱至樣品完全溶解，為防止銻離子的水解，補加8 mL鹽酸。取下燒杯，冷卻，定容至50 mL容量瓶并稀釋至標線，搖勻，待測。同時做空白試驗。

1.4 標準工作溶液的配制

將鉛、鐵、錳、鎂的單元素標準儲備溶液逐級稀釋，配制成混合標準溶液。平行稱取6份0.2 g金屬銻，作為標準工作溶液匹配的銻基體，按樣品處理方法進行消解，加入適量的鉛、鐵、錳、鎂混合標準儲備溶液，配制成鉛、鐵、錳、鎂系列標準工作溶液，見表1。

表1 鉛、鐵、錳、鎂系列標準溶液的質(zhì)量濃度 μg／mL

2 結果與討論

2.1 分析譜線的選擇

分別對1.00 μg／mL的鉛、鐵、錳、鎂單元素標準溶液，1 mg／mL的鈹基體溶液，5 mg／mL的銻基體溶液和1.00 μg／mL的鉛、鐵、錳、鎂元素混合標準溶液(含1 mg／mL的鈹，5 mg／mL的銻)進行光譜掃面。觀察鉛、鐵、錳、鎂等元素在所選波長下的子陣列圖，分別選擇鉛、鐵、錳、鎂等元素不受銻及鈹光譜干擾的譜線，結果見表2。

表2 分析波長的選擇

2.2 試樣溶液酸度的選擇

分別稱取銻鈹粉末試樣0.250 0 g(精確至0.000 1 g)5份于5個150 mL燒杯中，分次緩慢加入10 mL鹽酸，待劇烈反應后加入2 mL硝酸，低溫繼續(xù)加熱至樣品完全溶解，稍后5個燒杯中分別補加8，10，12，15，18 mL鹽酸，定容至50 mL容量瓶中，在1.2儀器工作條件下測定，考察溶液中鹽酸濃度對測定結果的影響，結果見圖1。

圖1 酸度影響試驗

試驗結果表明，5份試樣加入鹽酸的體積分數(shù)依次為35%，35%，40%，50%，55%時，鉛、鐵、錳、鎂測定濃度變化較小。綜合考慮選擇酸度較小但不會造成試樣溶液有銻離子水解現(xiàn)象出現(xiàn)的酸度條件，故選擇鹽酸的加入量為8 mL，即鹽酸加入體積分數(shù)為35%時，對分析元素的測定影響不大。

2.3 基體干擾試驗

分別繪制含銻基體4 mg／mL，鈹基體1 mg／mL的鉛、鐵、錳、鎂元素的校準曲線1；含銻基體4 mg／mL的鉛、鐵、錳、鎂元素的校準曲線2；不含銻基體和鈹基體的鉛、鐵、錳、鎂元素的校準曲線3。

配制濃度為1.00 μg／mL的鉛、鐵、錳、鎂混合標準溶液，含銻基體4 mg／mL、鈹基體1 mg／mL，與試樣基體組成匹配。分別于校準曲線1、校準曲線2和校準曲線3條件下進行鉛、鐵、錳、鎂元素測定，考察銻及鈹基體對鉛、鐵、錳、鎂測定結果的影響，結果見表3。

表3結果表明，混合標準溶液中鉛、鐵、錳、鎂元素在校準曲線3條件下的測定結果明顯偏低，在校準曲線1和校準曲線2條件下的測定結果無明顯變化。銻基體濃度為4 mg／mL(相當于試樣中銻的質(zhì)量分數(shù)為80%)時，對鉛、鐵、錳、鎂元素測定有干擾；鈹基體濃度為1 mg／mL(相當于試樣中鈹?shù)馁|(zhì)量分數(shù)為20%)時，對鉛、鐵、錳、鎂元素的測定無明顯影響。實際校準曲線用混合標準溶液中已加入銻基體進行基體匹配，可消除銻基體對測定元素的干擾。

表3 基體干擾試驗結果

2.4 標準曲線與檢出限

在1.2儀器工作條件下進樣測定1.4中的系列標準溶液，以質(zhì)量濃度X為橫坐標，強度Y為縱坐標繪制各元素的標準曲線，計算得各元素的線性回歸方程和線性相關系數(shù)見表4。對空白溶液連續(xù)測定10次，以3倍標準偏差(SD)計算方法的檢出限，結果見表4。由表4可知，各元素的線性范圍均在0.05～10.0 μg／mL之間，說明各元素的線性范圍較寬；相關系數(shù)均大于0.999，說明線性關系良好，滿足分析要求。

表4 標準曲線及相關系數(shù)

2.5 精密度試驗

按實驗方法，稱取7份銻鈹芯塊樣品，測定鉛、鐵、錳、鎂元素的含量，結果見表5。由表5可知，鉛、鐵、錳、鎂測定結果的相對標準偏差在0.9%～2.9%之間，說明該方法具有良好的精密度。

表5 精密度試驗結果 %

2.6 回收試驗

按實驗方法對銻鈹芯塊樣品進行加標回收試驗，平行稱取質(zhì)量為0.250 0 g(精確至0.000 1 g)的銻鈹芯塊試樣5份，1份試樣溶解不加標，測定鉛、鐵、錳、鎂元素本底值，另外4份試樣溶解處理后，分別加入鉛0.10 μg／mL、鐵1.0 μg／mL、錳0.10 μg／mL、鎂0.10 μg／mL，樣品溶液定容后進行測定，并計算加標回收率，結果見表6。

表6 加標回收試驗結果

表6結果表明，元素鉛、鐵、錳、鎂的加標回收率在92%～106%之間，說明該方法具有較高的準確度。

2.7 比對試驗

按實驗方法對銻鈹芯塊樣品中鉛、鐵、錳、鎂元素進行測定，并與行業(yè)標準YS／T 462.4–2000原子吸收光譜法的測定結果進行對照，結果見表7。由表7可以看出，本法與原子吸收光譜法的測定結果相吻合。

表7 比對試驗結果 %

3 結語

建立了ICP–AES法測定銻鈹芯塊中鉛、鐵、錳、鎂含量的方法，與有色金屬行業(yè)標準YS/T462.4-2000中的方法相比，該方法簡化了試樣前處理步驟，檢出限低。該方法快速、準確，可同時測定銻鈹芯塊中鉛、鐵、錳、鎂的含量，線性范圍、檢出限、回收率及精密度均能滿足銻鈹芯塊中鉛、鐵、錳、鎂分析檢測的要求。

［1］YS／T 425–2000 銻鈹芯塊［S］.

［2］YS／T 426.4–2000 銻鈹芯塊化學分析方法：原子吸收光譜法測定鉛、鐵、錳、鎂量［S］.

［3］GB／T 3253.2–2008 銻及三氧化二銻化學分析方法：鐵量的測定 鄰二氮雜菲分光光度法［S］.

［4］GB／T 3253.3–2008 銻及三氧化二銻化學分析方法：鉛量的測定 火焰原子吸收光譜法［S］.

［5］GJB 2513–2008 鈹化學分析方法［S］.

［6］袁齊. ICP–AES直接測定銻產(chǎn)品中雜質(zhì)元素［J］.光譜學與光譜分析，2001，21(4): 540–541.

［7］楊桂香，紀杉，侯艷紅.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定金屬銻及三氧化二銻中雜質(zhì)元素［J］.冶金分析，2009，29(6):69–72.

［8］李景文.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鉛銻合金中銻砷鉍錫鋅鐵［J］.巖礦測試，2010，29(2): 185–186.

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［10］李繼東，王長華，鄭永章.動態(tài)反應池–電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定高純銻中23種痕量雜質(zhì)元素［J］.冶金分析，2011，31(12): 21–25.

［11］謝奕斌，溫亞勇，孫秀娟.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鈹鋁合金中的鈹、鐵、錳、硅［J］.精細化工中間體，2011，41(1): 70–72.

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［13］張利群，王曉輝，宋曉春，等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定銻精礦中鉛硒碲鉈［J］.冶金分析，2012，32(4): 50–53.

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上海崛起世界最密大科學裝置群

今年夏天，能拍攝“分子電影”的軟X射線自由電子激光裝置，將有望得到第一束自由電子激光;超強超短激光裝置，將于年內(nèi)完成挑戰(zhàn)瞬時輸出功率10×1015 W的“世界紀錄”，上海光源二期線站也在緊鑼密鼓地建設中。

算上已經(jīng)建成的國家蛋白質(zhì)科學中心、已經(jīng)開工的活細胞結構和功能成像平臺等，上海張江已成為世界上大科學裝置密度最高的地區(qū)。依托先進的大科學基礎設施群，這里已集聚起全球高端創(chuàng)新資源，向著躋身世界一流實驗室行列的目標不斷接近。

大科學裝置群營造大科學生態(tài)

2016年2月，上海張江綜合性國家科學中心獲批建設。一年來，超強超短激光實驗裝置、軟X射線自由電子激光用戶裝置、活細胞結構與功能成像平臺等頂級大科學裝置，實現(xiàn)了當年立項、當年開工的目標，展現(xiàn)出令人贊嘆的“上海速度”?！斑@些項目建成后，張江地區(qū)將成為全球規(guī)模最大、種類最全、綜合能力最強的光子大科學設施集聚地之一。”上海市科委主任壽子琪說，目前張江還在積極爭取硬X射線自由電子激光裝置、高效低碳氣輪機實驗裝置、國家生物醫(yī)藥大數(shù)據(jù)等項目落地。

前沿探索的科研利器匯聚，一個世界級基礎研究平臺呼之欲出。眼下，超強超短激光裝置正在沖擊10×1015 W的“世界紀錄”，它的未來目標是100×1015 W。

它的“前身”——中科院上海光學精密機械研究所的嘉定園區(qū)內(nèi)，1×1015 W的超強超短激光裝置已開始科學實驗探索。去年，我國科學家已利用該裝置產(chǎn)生了反物質(zhì)，成果列入2016年中國十大科技進展新聞。

超強超短激光裝置項目負責人、上海光機所研究員冷雨欣說，比建造一個“世界第一”的裝置更重要的，是讓更多優(yōu)秀科學家利用裝置，做最前沿的基礎原創(chuàng)性研究。

已建成運行8年的上海光源，截至去年底，共接待用戶3.2萬多人次，發(fā)表論文3 200多篇。比這更重要的是，它更加強烈地激發(fā)出了中國科學家探索前沿的熱情和勇氣。曾參與光源建設，目前正負責二期線站工程的中科院上海應用物理研究所研究員邰仁忠說，8年來，光源機時一直供不應求，中國科學家已從被動使用光源，到根據(jù)自己學科的發(fā)展需求，對光源線站建設提出明確需求。圍繞上海光源，一個沖擊前沿的創(chuàng)新生態(tài)氛圍正在形成。

大科學裝置群呼喚大科學計劃

事實上，張江綜合性國家科學中心的建設，已經(jīng)引起國際科技界的廣泛關注。中科院上海應用物理研究所黨委書記趙明華告訴記者，已進入可行性研究階段的硬X射線自由電子激光，建成后將成為世界上最先進的同類裝置。聞訊后，“一些身在海外的華人科學家主動聯(lián)系我們，表示想到張江工作，他們有的已在美國工作20多年，這個裝置很可能把他們吸引回國”。

作為當今全球生命科學領域首家綜合性大科學裝置，上海蛋白質(zhì)設施已經(jīng)吸引了國內(nèi)外近200家單位、1.3萬多人次科學家，開展2 000多項重大前沿創(chuàng)新課題研究。中心主任雷鳴認為，評判一個大科學裝置的功用，應該看它關注了多少根本而重大的科學問題，“張江大科學裝置群的崛起，正呼喚與之相匹配的大科學計劃?！狈叛廴?，大科學裝置的崛起無不推動和孕育著超越前人的創(chuàng)新。例如美國布魯克海文國家實驗室聚集了同步輻射光源、成像設施、相對論重離子對撞機、自由電子激光等一大批重要的科研裝置，1947年至今，該實驗室催生了至少7個諾貝爾科學獎。而作為世界高能物理研究的高地，歐洲核子中心也成就了多個國際大科學計劃，比如大型強子對撞機，以及由華裔物理學家丁肇中領導的阿爾法磁譜儀項目等。

在建設具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心的歷史機遇下，作為趕超者的張江大科學裝置群，正等待著創(chuàng)新靈魂的注入。據(jù)市科委總工程師傅國慶介紹，正在謀劃的張江綜合性實驗室的主要構架是“1+N”?！?”指一個大科學設施群，“N”指若干研究方向，包括光子科學與技術、生命科學、能源科技、類腦智能、納米科技等。這意味著，張江國家科學中心已在各學科領域前沿筑好“巢穴”，引“鳳”前來。（上海新聞網(wǎng)）

Determination of Pb, Fe, Mn and Mg in Antimony–Beryllium Pellets by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

Sun Hongtao， Yang Juan， Wang Zhiping， Chen Hong
(Northwest Rare Metal Materials Research Institute， State Key Laboratory of Special Rare Metal Materials，Shizuishan 753000, China )

A method for determination of Pb，F(xiàn)e，Mn， Mg in antimony-beryllium pellets by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry(ICP–AES) was developed. The selection of solution acidity，spectral and matrix interference were tested and discussed. Under the optimized working conditions，the interference of matrix was effectively eliminated by matrix matching. The mass concentrations of Pb，F(xiàn)e，Mn，Mg had good linear relationship with the spectral intensity in the range of 0.05–10.0 μg／mL, the linear dependent coefficients were more than 0.999，and the detection limits of Pb，F(xiàn)e，Mn，Mg were 0.5–5.3 μg／L. The relative standard deviations of detection results were 0.9%–2.9%(n=7)，the recoveries were 92%–106%. The determination results were consistent with those obtained by atomic absorption spectrometry(AAS). The method is accurate，reliable and can be used for determination of antimony，lead，iron，manganese and magnesium in antimony-beryllium pellets.

ICP–AES; antimony–beryllium pellets; Pb; Fe; Mn; Mg

O657.3

A

1008–6145(2017)03–0076–04

聯(lián)系人：孫洪濤；E-mail: zxsys405@163.com

2017–02–16

10.3969／j.issn.1008–6145.2017.03.018