电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定铝铬硼合金中痕 量锗、碲

随着时代和科技的逐步发展，新材料的研发正成为有色金属行业发展的重要驱动力。对金属性能的不断追求促使材料科学家研发出更高强度、更耐腐蚀、更轻量化的新型合金材料。金属合金比纯金属拥有更优越的机械性能，更广的用途，改变原料的配比以及改变生成合金的条件，可以制得不同性能的合金。微量碲（Te）元素的掺杂可提高合金强度、塑性、耐热性和耐蚀性[1][2]；微量锗（Ge）元素的掺杂可降低板材应力腐蚀断裂敏感性[3]。因此合金材料中微量元素的测定也尤为重要。

现有测量锗和碲元素的方法包括原子荧光光谱[4][5][6]、原子吸收光谱（AAS）[6][7][8]、电化学分析法[9]及电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等。其中原子荧光光谱应用范围有限且易受环境因素影响；原子吸收光谱测定锗背景吸收大，信噪比低，灵敏度低且多元素同时测定有困难[10]；电化学分析法选择性差，样品前处理要求高；而电感耦合等离子体质谱法具有多元素同时测定及高灵敏度的优势。因此本文采用电感耦合等离子体质谱法对铝铬硼中痕量元素 Ge、Te 进行测定。

本文采用硝酸和盐酸的混酸对所使用的 Al-Cr-B 合金进行溶解，使用有证标准溶液绘制标准曲线，考察了溶样酸的种类、元素同位素和基体干扰等实验条件对 Al-Cr-B 合金中 Ge、Te 元素测定结果的影响，同时探究了该方法的加标回收率、精密度及准确度等指标，综合所得实验结果对本文所建立的测量方法进行了方法学的评价。

1. 实验部分

1.1 仪器及试剂

1.1.1 仪器

NexION 300X 型电感耦合等离子体质谱仪，耐氢氟酸雾化器，镍采样锥及截取锥，刚玉中心管（美国珀金埃尔默公司），DS24-35F 型电热板（Labotery公司），BSA 124s 型电子天平，Ariumpro 型纯水机（德国赛多利斯公司）

1.1.2 试剂

硝酸（ HNO₃ ），盐酸（HCl）（MOS 级，天津科密欧化学试剂有限公司），超纯水，仪器调谐溶液，Ge、Te 标准溶液， Tm 标准溶液（ 1000ug/mL ）。

1.2 实验方法

1.2.1 内标溶液和标准溶液的配制

采用逐级稀释的方法对内标和标准溶液进行稀释，最终将内标溶液稀释至 20ng/mL ，Ge、Te 标准溶液分别稀释至 0.00、1.00、5.00、10.0、20.0、50.0、100.0ng/mL 。为了确保标液和样品溶液的酸介质相同，在每个标准溶液中分别加入1.00mL HNO₃ 和 3.00mL HCl

1.2.2 样品前处理

利用电子天平准确称量 0.1000g Al-Cr-B 合金于 100mL 聚四氟乙烯烧杯中，在其中加入 1.00mL HNO₃ 和 3.00mL HCl 混酸，置于电热板上加热溶解，待溶液清亮后停止加热，冷却至室温后转移至 100mL 塑料容量瓶中，定容备用。

1.2.3 试剂空白的制备

为了准确测定样品中痕量 Ge、Te 元素的含量，在不加 Al-Cr-B 合金的条件下，加入 1.00mL HNO₃ 和 3.00mL HCl，加入超纯水定容，作为试剂空白。

2. 结果与讨论

2.1 仪器参数优化

仪器点火后稳定 15.20min ，按照仪器操作规程对仪器参数条件进行优化。利用 1ng/mL 的 Be、 Mg 、In、U 的混合调谐溶液对仪器的各种参数进行优化和调谐，仪器最终调谐优化后的参数如表 1 所示。

为了考察酸介质对测试结果的影响，在三种不同酸介质的情况下，对含有 20.0ng/mL Ge、Te 元素的标准溶液进行测定。如表2 所示，在三种不同酸介质条件下，Ge、Te 元素的信号值稳定，数据变化较小。结果表明不同溶样酸的种类对测定结果的影响较小。因此，根据溶样完全程度及酸用量的实验结果进行优化，最终选择 1.00mL HNO₃ 和 3.00mL HCl 的混酸溶液作为溶样酸介质对样品进行溶样。

2.3 待测元素同位素选择

干扰小、灵敏度高、天然丰度大是采用ICP-MS 法进行元素测定时选择待测元素同位素的原则。由表 3 可知，剔除干扰物存在（ArCl， Ar₂ ）及天然丰度较低的待测元素同位素，综合考虑最终选择质量数为 ⁷⁴Ge ， ¹³⁰Te 作为元素测定的质量数。

2.4 工作曲线的绘制

在采用最优化的仪器条件及待测元素谱线的条件下，以待测元素的浓度为横坐标，信号强度为纵坐标，绘制标准工作曲线。工作曲线中待测元素的浓度分别为 0.00、2.00、10.0、20.0、50.0、 100.0ng/mL ，绘制所得的标准曲线及线性相关系数如图 1 所示，Ge、Te 线性相关系数分别为 R²=0.9993 ， R²=0.9992 实验结果表明 Ge、Te 元素在该浓度范围内具有良好的线性关系，可采用该曲线对未知样品中的 Ge、Te 元素含量进行测量。

2.5 基体干扰

在 ICP-MS 分析中，不同基体会对同样的待测元素信号响应产生不同的影响，使待测元素在实际样品溶液中的信号值与标准溶液中的信号值相比会有较大变化。测定前化学分离法、标准加入法、内标法、基体匹配法，可有效克服基体效应。本文采用内标法对基体干扰进行有效减弱。设置三种浓度为 0、0.5、1.0mg/mL 的基体对 10.0 及 50.0ng/mL 的 Ge、Te 元素标准溶液进行测定，测定结果如表 4 所示。随着基体浓度的增大，Ge、Te 元素的回收率仍在 80%-120% ，表明内标元素的使用有效地克服了基体干扰，提高了实验结果的准确性。

3. 结论

本文采用电感耦合等离子体质谱法对 Al-Cr-B 合金中的 Ge、Te 元素进行了测定，并通过一系列的实验探究了酸介质、待测元素同位素、基体效应等条件对测定结果的影响。实验结果表明，酸介质对测定结果影响较小，采用的内标法可有效减小基体效应。所建立的方法的相对标准偏差 <5% ，Ge、Te 检出限分别为0.0282、 0.1080ng/mL ，检测下限为 0.094、 0.360ng/mL 。本文所建立的对 Al-Cr-B 合金中 Ge、Te 元素的测定方法，方法具有高灵敏、准确、快速、等优点，可用于合金中微量锗、碲的分析。该方法填补了 Al-Cr-B 合金中锗、碲元素分析的方法空白，为含锗、碲新型先进合金的研发与应用过程的质量控制提供了技术支撑

参考文献：

[1]刘攀,杜米芳,李斌,等.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铝合金中微量碲[J].光谱学与光谱分析,2023,43(10):3125-3131.

[2]苏义祥,王占华,侯凤刚,等.碲对镍铬合金耐磨损性能的影响[J].兰州理工大学学报,2012,38(4):15-18.