電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定人造金剛石中鐵、鈷、錳、鎳

高光潔子+李艷萍+馮圣雅+謝琰軍+況春江+曹棖??

1 引 言

近年來，我國人造金剛石的產(chǎn)量和應(yīng)用有了很大的發(fā)展。以現(xiàn)有的人造金剛石合成技術(shù)，通常以Fe， Ni， Co， Mn等元素組成的合金作為觸媒，這使人造金剛石中極易殘留這些金屬組成的包裹體。諸多研究表明，包裹體含量和分布情況對人造金剛石的性能有著重要影響[1]。經(jīng)查閱文獻，已有使用X射線熒光光譜法對人造金剛石中雜質(zhì)元素含量進行半定量分析的報道[2]。電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP AES）被廣泛應(yīng)用于巖礦、土壤樣品中多元素分析[3]。本實驗以在大氣氣氛中高溫灰化和混合酸對樣品進行前處理，采用ICP AES測定人造金剛石中Fe， Co， Ni和Mn。本方法操作簡便，處理效果良好。

2 實驗部分

2.1 儀器和試劑 iCAP6300電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國Thermo Fisher公司）；CP64電子天平 （靈敏度0.1 mg， 德國Sartorius公司）。去離子水：電阻率18.2 ΜΩ·cm；HCl， HNO3， HClO4， H2SO4均為GR級；Fe， Co， Ni和Mn標準貯備液： 1000 mg/L（國家鋼鐵材料測試中心）；標準溶液系列：由上述標準貯備液混合成的混合標準溶液逐級稀釋而成，介質(zhì)為5%（V/V）王水 HClO4 （1∶1，V/V）。

2.2 儀器工作條件和參數(shù) ICP AES工作參數(shù)如下：高頻功率1150 W，輔助氣流速0.5 L/min，觀察高度15 mm，泵速50 r/min， 積分時間15 s。

由于樣品中被測元素含量較低，且無基體干擾，所以分析譜線選擇靈敏線即可：Fe 240.488（140），Co 228.616（447），Mn 257.610（131）和Ni 231.604（445）。

2.3 樣品前處理方法 準確稱取1 g（精確至0.0001 g）樣品于80 mL石英燒杯中（顆粒狀樣品應(yīng)盡量在石英燒杯底部攤開，以利于灰化），放入馬弗爐，在1000 ℃保溫10 h條件下進行高溫灼燒，灼燒過程中適當(dāng)打開爐門以補充空氣。程序結(jié)束后，將帶有樣品灼燒后殘留物的燒杯冷卻至室溫，并從爐中取出。用H2SO4、王水和HClO4對殘留物進行溶解，待殘留物完全溶解后測定。

3 結(jié)果與分析

3.1 稱樣量、灼燒溫度及時間的選擇 根據(jù)樣品中雜質(zhì)元素含量，稱取1或2 g樣品。金剛石在氧中加熱到800 ℃以上則燃燒為CO2，在與空氣隔絕的情況下加熱即轉(zhuǎn)變?yōu)槭玔4]。據(jù)此， 本實驗在大氣氣氛中選擇3個灼燒溫度（800，900和1000 ℃）和4個灼燒時間（6，8，10和12 h）進行樣品灰化的正交設(shè)計試驗?？紤]到人造金剛石價格較貴且樣品量有限，確定稱重1 g樣品，在大氣氣氛中1000 ℃灼燒10 h， 作為樣品灰化最佳條件。

3.2 酸溶條件的選擇 樣品經(jīng)過灼燒后，其殘留物的主要成分是人造金剛石中的雜質(zhì)元素和極少量碳。殘留物中極少量碳存在的原因是在灼燒過程中，處于石英燒杯底部的樣品無法與空氣完好接觸所致。為了溶解殘留物，比較了酸溶條件。實驗表明，采用先滴加0.2 mL H2SO4，再緩慢加入10 mL王水及5 mL HClO4的方法進行溶樣，本方法速度快，效果好。

3.3 線性范圍、相關(guān)系數(shù)和檢出限 本實驗配制兩個系列的混合標準溶液，分別用于檢測不同含量的樣品。采用空白

溶液和3個混合標準溶液繪制校準曲線。連續(xù)測定空白溶液11次，以其3倍標準偏差計算方法的檢出限。結(jié)果見表1。

按照2.3節(jié)的方法對人造金剛石樣品進行精密度測定（n=7），相對標準偏差均小于0.5%，表明方法的精密度很好。

3.4 人造金剛石樣品測定結(jié)果及加標回收實驗 采用本方法對樣品1#、2#、3#和4#進行測定，同時在北京理化分析測試中心的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀上進行對比實驗，結(jié)果見表2。從表2可見，兩實驗室的測定值符合較好。

由于目前尚無相關(guān)的人造金剛石標準物質(zhì)，為了驗證方法的準確性，按2.3節(jié)的方法及選定的測量條件，在已知含量的樣品溶液中加入適量標準溶液，進行回收實驗，ICP AES的加標回收率為94.0%～105.0%。

References

1 HUANG Man， TANG Ming Qiang， LUO Xi Yu.Powder Metallurgy Industry，2005， 15（4）： 33-39

黃 漫， 唐明強， 羅錫裕. 粉末冶金工業(yè)， 2005， 15（4）： 33-39

2 FANG Jian Feng， ZHANG Jin Yuan， JIN Cheng Hai， LIU Chun Lan， ZHU Rui Zhen.Diamond and Abrasives Engineering， 2001（1）： 13-16

方建鋒， 張晉遠， 金成海， 柳春蘭， 朱瑞珍. 金剛石與磨料磨具工程， 2001， （1）： 13-16

3 YE Yuan Cai， MENG Guang Zheng， YANG Ju Ting， FANG Jing， MAO Yan Hui.Spectroscopy and Spectral Analysis， 1991， 11（4）： 61-70

葉苑才， 孟廣政， 楊菊亭， 方 靜， 毛延輝. 光譜學(xué)與光譜分析，1991， 11（4）： 61-70

4 SONG Qi Sheng， SUN Si Xiu.Course of Inorganic Chemistry.Jinan： Shandong University Press， 2001： 257

宋其圣， 孫思修. 無機化學(xué)教程. 濟南： 山東大學(xué)出版社， 2001： 257

1 引 言

近年來，我國人造金剛石的產(chǎn)量和應(yīng)用有了很大的發(fā)展。以現(xiàn)有的人造金剛石合成技術(shù)，通常以Fe， Ni， Co， Mn等元素組成的合金作為觸媒，這使人造金剛石中極易殘留這些金屬組成的包裹體。諸多研究表明，包裹體含量和分布情況對人造金剛石的性能有著重要影響[1]。經(jīng)查閱文獻，已有使用X射線熒光光譜法對人造金剛石中雜質(zhì)元素含量進行半定量分析的報道[2]。電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP AES）被廣泛應(yīng)用于巖礦、土壤樣品中多元素分析[3]。本實驗以在大氣氣氛中高溫灰化和混合酸對樣品進行前處理，采用ICP AES測定人造金剛石中Fe， Co， Ni和Mn。本方法操作簡便，處理效果良好。

2 實驗部分

2.1 儀器和試劑 iCAP6300電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國Thermo Fisher公司）；CP64電子天平 （靈敏度0.1 mg， 德國Sartorius公司）。去離子水：電阻率18.2 ΜΩ·cm；HCl， HNO3， HClO4， H2SO4均為GR級；Fe， Co， Ni和Mn標準貯備液： 1000 mg/L（國家鋼鐵材料測試中心）；標準溶液系列：由上述標準貯備液混合成的混合標準溶液逐級稀釋而成，介質(zhì)為5%（V/V）王水 HClO4 （1∶1，V/V）。

2.2 儀器工作條件和參數(shù) ICP AES工作參數(shù)如下：高頻功率1150 W，輔助氣流速0.5 L/min，觀察高度15 mm，泵速50 r/min， 積分時間15 s。

由于樣品中被測元素含量較低，且無基體干擾，所以分析譜線選擇靈敏線即可：Fe 240.488（140），Co 228.616（447），Mn 257.610（131）和Ni 231.604（445）。

2.3 樣品前處理方法 準確稱取1 g（精確至0.0001 g）樣品于80 mL石英燒杯中（顆粒狀樣品應(yīng)盡量在石英燒杯底部攤開，以利于灰化），放入馬弗爐，在1000 ℃保溫10 h條件下進行高溫灼燒，灼燒過程中適當(dāng)打開爐門以補充空氣。程序結(jié)束后，將帶有樣品灼燒后殘留物的燒杯冷卻至室溫，并從爐中取出。用H2SO4、王水和HClO4對殘留物進行溶解，待殘留物完全溶解后測定。

3 結(jié)果與分析

3.1 稱樣量、灼燒溫度及時間的選擇 根據(jù)樣品中雜質(zhì)元素含量，稱取1或2 g樣品。金剛石在氧中加熱到800 ℃以上則燃燒為CO2，在與空氣隔絕的情況下加熱即轉(zhuǎn)變?yōu)槭玔4]。據(jù)此， 本實驗在大氣氣氛中選擇3個灼燒溫度（800，900和1000 ℃）和4個灼燒時間（6，8，10和12 h）進行樣品灰化的正交設(shè)計試驗?？紤]到人造金剛石價格較貴且樣品量有限，確定稱重1 g樣品，在大氣氣氛中1000 ℃灼燒10 h， 作為樣品灰化最佳條件。

3.2 酸溶條件的選擇 樣品經(jīng)過灼燒后，其殘留物的主要成分是人造金剛石中的雜質(zhì)元素和極少量碳。殘留物中極少量碳存在的原因是在灼燒過程中，處于石英燒杯底部的樣品無法與空氣完好接觸所致。為了溶解殘留物，比較了酸溶條件。實驗表明，采用先滴加0.2 mL H2SO4，再緩慢加入10 mL王水及5 mL HClO4的方法進行溶樣，本方法速度快，效果好。

3.3 線性范圍、相關(guān)系數(shù)和檢出限 本實驗配制兩個系列的混合標準溶液，分別用于檢測不同含量的樣品。采用空白

溶液和3個混合標準溶液繪制校準曲線。連續(xù)測定空白溶液11次，以其3倍標準偏差計算方法的檢出限。結(jié)果見表1。

按照2.3節(jié)的方法對人造金剛石樣品進行精密度測定（n=7），相對標準偏差均小于0.5%，表明方法的精密度很好。

3.4 人造金剛石樣品測定結(jié)果及加標回收實驗 采用本方法對樣品1#、2#、3#和4#進行測定，同時在北京理化分析測試中心的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀上進行對比實驗，結(jié)果見表2。從表2可見，兩實驗室的測定值符合較好。

由于目前尚無相關(guān)的人造金剛石標準物質(zhì)，為了驗證方法的準確性，按2.3節(jié)的方法及選定的測量條件，在已知含量的樣品溶液中加入適量標準溶液，進行回收實驗，ICP AES的加標回收率為94.0%～105.0%。

References

1 HUANG Man， TANG Ming Qiang， LUO Xi Yu.Powder Metallurgy Industry，2005， 15（4）： 33-39

黃 漫， 唐明強， 羅錫裕. 粉末冶金工業(yè)， 2005， 15（4）： 33-39

2 FANG Jian Feng， ZHANG Jin Yuan， JIN Cheng Hai， LIU Chun Lan， ZHU Rui Zhen.Diamond and Abrasives Engineering， 2001（1）： 13-16

方建鋒， 張晉遠， 金成海， 柳春蘭， 朱瑞珍. 金剛石與磨料磨具工程， 2001， （1）： 13-16

3 YE Yuan Cai， MENG Guang Zheng， YANG Ju Ting， FANG Jing， MAO Yan Hui.Spectroscopy and Spectral Analysis， 1991， 11（4）： 61-70

葉苑才， 孟廣政， 楊菊亭， 方 靜， 毛延輝. 光譜學(xué)與光譜分析，1991， 11（4）： 61-70

4 SONG Qi Sheng， SUN Si Xiu.Course of Inorganic Chemistry.Jinan： Shandong University Press， 2001： 257

宋其圣， 孫思修. 無機化學(xué)教程. 濟南： 山東大學(xué)出版社， 2001： 257

1 引 言

近年來，我國人造金剛石的產(chǎn)量和應(yīng)用有了很大的發(fā)展。以現(xiàn)有的人造金剛石合成技術(shù)，通常以Fe， Ni， Co， Mn等元素組成的合金作為觸媒，這使人造金剛石中極易殘留這些金屬組成的包裹體。諸多研究表明，包裹體含量和分布情況對人造金剛石的性能有著重要影響[1]。經(jīng)查閱文獻，已有使用X射線熒光光譜法對人造金剛石中雜質(zhì)元素含量進行半定量分析的報道[2]。電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP AES）被廣泛應(yīng)用于巖礦、土壤樣品中多元素分析[3]。本實驗以在大氣氣氛中高溫灰化和混合酸對樣品進行前處理，采用ICP AES測定人造金剛石中Fe， Co， Ni和Mn。本方法操作簡便，處理效果良好。

2 實驗部分

2.1 儀器和試劑 iCAP6300電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國Thermo Fisher公司）；CP64電子天平 （靈敏度0.1 mg， 德國Sartorius公司）。去離子水：電阻率18.2 ΜΩ·cm；HCl， HNO3， HClO4， H2SO4均為GR級；Fe， Co， Ni和Mn標準貯備液： 1000 mg/L（國家鋼鐵材料測試中心）；標準溶液系列：由上述標準貯備液混合成的混合標準溶液逐級稀釋而成，介質(zhì)為5%（V/V）王水 HClO4 （1∶1，V/V）。

2.2 儀器工作條件和參數(shù) ICP AES工作參數(shù)如下：高頻功率1150 W，輔助氣流速0.5 L/min，觀察高度15 mm，泵速50 r/min， 積分時間15 s。

由于樣品中被測元素含量較低，且無基體干擾，所以分析譜線選擇靈敏線即可：Fe 240.488（140），Co 228.616（447），Mn 257.610（131）和Ni 231.604（445）。

2.3 樣品前處理方法 準確稱取1 g（精確至0.0001 g）樣品于80 mL石英燒杯中（顆粒狀樣品應(yīng)盡量在石英燒杯底部攤開，以利于灰化），放入馬弗爐，在1000 ℃保溫10 h條件下進行高溫灼燒，灼燒過程中適當(dāng)打開爐門以補充空氣。程序結(jié)束后，將帶有樣品灼燒后殘留物的燒杯冷卻至室溫，并從爐中取出。用H2SO4、王水和HClO4對殘留物進行溶解，待殘留物完全溶解后測定。

3 結(jié)果與分析

3.1 稱樣量、灼燒溫度及時間的選擇 根據(jù)樣品中雜質(zhì)元素含量，稱取1或2 g樣品。金剛石在氧中加熱到800 ℃以上則燃燒為CO2，在與空氣隔絕的情況下加熱即轉(zhuǎn)變?yōu)槭玔4]。據(jù)此， 本實驗在大氣氣氛中選擇3個灼燒溫度（800，900和1000 ℃）和4個灼燒時間（6，8，10和12 h）進行樣品灰化的正交設(shè)計試驗?？紤]到人造金剛石價格較貴且樣品量有限，確定稱重1 g樣品，在大氣氣氛中1000 ℃灼燒10 h， 作為樣品灰化最佳條件。

3.2 酸溶條件的選擇 樣品經(jīng)過灼燒后，其殘留物的主要成分是人造金剛石中的雜質(zhì)元素和極少量碳。殘留物中極少量碳存在的原因是在灼燒過程中，處于石英燒杯底部的樣品無法與空氣完好接觸所致。為了溶解殘留物，比較了酸溶條件。實驗表明，采用先滴加0.2 mL H2SO4，再緩慢加入10 mL王水及5 mL HClO4的方法進行溶樣，本方法速度快，效果好。

3.3 線性范圍、相關(guān)系數(shù)和檢出限 本實驗配制兩個系列的混合標準溶液，分別用于檢測不同含量的樣品。采用空白

溶液和3個混合標準溶液繪制校準曲線。連續(xù)測定空白溶液11次，以其3倍標準偏差計算方法的檢出限。結(jié)果見表1。

按照2.3節(jié)的方法對人造金剛石樣品進行精密度測定（n=7），相對標準偏差均小于0.5%，表明方法的精密度很好。

3.4 人造金剛石樣品測定結(jié)果及加標回收實驗 采用本方法對樣品1#、2#、3#和4#進行測定，同時在北京理化分析測試中心的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀上進行對比實驗，結(jié)果見表2。從表2可見，兩實驗室的測定值符合較好。

由于目前尚無相關(guān)的人造金剛石標準物質(zhì)，為了驗證方法的準確性，按2.3節(jié)的方法及選定的測量條件，在已知含量的樣品溶液中加入適量標準溶液，進行回收實驗，ICP AES的加標回收率為94.0%～105.0%。

References

1 HUANG Man， TANG Ming Qiang， LUO Xi Yu.Powder Metallurgy Industry，2005， 15（4）： 33-39

黃 漫， 唐明強， 羅錫裕. 粉末冶金工業(yè)， 2005， 15（4）： 33-39

2 FANG Jian Feng， ZHANG Jin Yuan， JIN Cheng Hai， LIU Chun Lan， ZHU Rui Zhen.Diamond and Abrasives Engineering， 2001（1）： 13-16

方建鋒， 張晉遠， 金成海， 柳春蘭， 朱瑞珍. 金剛石與磨料磨具工程， 2001， （1）： 13-16

3 YE Yuan Cai， MENG Guang Zheng， YANG Ju Ting， FANG Jing， MAO Yan Hui.Spectroscopy and Spectral Analysis， 1991， 11（4）： 61-70

葉苑才， 孟廣政， 楊菊亭， 方 靜， 毛延輝. 光譜學(xué)與光譜分析，1991， 11（4）： 61-70

4 SONG Qi Sheng， SUN Si Xiu.Course of Inorganic Chemistry.Jinan： Shandong University Press， 2001： 257

宋其圣， 孫思修. 無機化學(xué)教程. 濟南： 山東大學(xué)出版社， 2001： 257