電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定碳化硅中釩

趙海珍，左 良

（天津華勘商品檢驗(yàn)有限公司，天津 300181）

碳化硅的主要成份是SiC、FSi、SiO2和FC，高純碳化硅為無色透明結(jié)晶或無定形粉末，含雜質(zhì)的碳化硅為綠色，固溶有炭和金屬氧化物雜質(zhì)的則成黑色。碳化硅擁有諸多優(yōu)異性能，如高溫強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、抗氧化性優(yōu)，抗熱振性好等[1]，廣泛應(yīng)用于3 類～12 類單晶硅、多晶硅的高溫窯具[2]、柴油車尾氣凈化器等領(lǐng)域[3-5]；此外，碳化硅還具有良好的導(dǎo)熱性及半導(dǎo)體性質(zhì)[6]，是高溫、高頻、抗輻射、大功率應(yīng)用場合下極為理想的半導(dǎo)體材料，由于碳化硅功率器件可顯著降低電子設(shè)備的能耗，因此碳化硅器件也被譽(yù)為帶動(dòng)“新能源革命”的“綠色能源器件”。在當(dāng)代C、N、B 等非氧化物高技術(shù)耐火原料中，碳化硅為應(yīng)用最廣泛，最經(jīng)濟(jì)的一種。由于碳化硅的純度會(huì)直接影響相應(yīng)產(chǎn)品的質(zhì)量，因此對(duì)碳化硅[w（SiC）≥95%]的雜質(zhì)成分分析也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?；谀壳吧形窗l(fā)現(xiàn)對(duì)碳化硅中釩的檢驗(yàn)方法的報(bào)道，選用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）[7-9]來檢測碳化硅[w（SiC）≥95%]中釩的含量。選擇V311.071 nm 和V309.311 nm 作為分析譜線，通過光譜干擾和譜線選擇，基體效應(yīng)影響，校準(zhǔn)曲線和檢出限，方法精密度和加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)等條件實(shí)驗(yàn)來論證此方法的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及參數(shù)

Optima-8000DV 全譜直讀等離子體發(fā)射光譜（美國 PE 公司），儀器最佳工作條件見表1。

表1 ICP-AES 工作條件

1.2 主要試劑

V 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（鋼鐵研究總院）：1.00 mg/mL；

Fe 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（鋼鐵研究總院）：1.00 mg/mL；

Al 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（鋼鐵研究總院）：1.00 mg/mL；

Ca 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(鋼鐵研究總院)：1.00 mg/mL；

V 標(biāo)準(zhǔn)工作液：10 μg/mL；用V 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋配制。

實(shí)驗(yàn)所用鹽酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸，均為優(yōu)級(jí)純；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

稱取0.500 0 g 碳化硅[w（SiC）≥95%]樣品于250 mL聚四氟乙烯燒杯中，分別加入5 mL硝酸、5 mL 氫氟酸、5 mL鹽酸和5 mL高氯酸，于180℃電熱板上加熱，蒸發(fā)至高氯酸煙冒盡，取下稍冷卻，加入12.5 mL 鹽酸，低溫加熱至可溶性成分溶解，取下冷卻至室溫。將溶液移至250 mL容量瓶中稀釋至刻度，搖勻，在室溫下靜置3 h 至溶液澄清（或者將溶液直接過濾到250 mL 容量瓶中，用2%的鹽酸沖洗沉淀數(shù)次，定容搖勻）。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的配制

分別移取釩標(biāo)準(zhǔn)工作液（10 μg/mL）0.00、1.00、2.00、4.00、6.00 mL于5 個(gè)100 mL容量瓶中，分別加入5 mL鹽酸，用水稀釋至刻度，搖勻。此系列曲線含釩標(biāo)準(zhǔn)工作液質(zhì)量濃度分別為0.00、0.10、0.20、0.40、0.60 μg/mL。

1.3.3 光譜干擾試驗(yàn)溶液配制

分別移取Fe、Al、Ca 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1 mg/mL）10 mL于100 mL容量瓶中，加入5 mL鹽酸，

用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液Fe、Al、Ca 質(zhì)量濃度分別為0.1 mg/mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 光譜干擾和譜線選擇

碳化硅[w（SiC）≥95%]待測液主要成分為沉淀物SiC，其含量在95%以上，游離硅和二氧化硅在氫氟酸和高氯酸溶解冒煙時(shí)，已經(jīng)驅(qū)盡，可以忽略不計(jì)。用含有0.1 mg/mL 的Fe、Al、Ca 試液做光譜干擾實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在311.071 nm 和309.311 nm 譜線內(nèi)，F(xiàn)e、Al、Ca 譜線沒有干擾，F(xiàn)e、Al、Ca 元素在311.071 nm 和309.311 nm 分析譜線掃描窗口內(nèi)均無波峰出現(xiàn)，其信號(hào)基線較平直與空白溶液幾乎完全重合。在譜線庫中，以0.05 nm 范圍為基準(zhǔn)，并未找到Fe、Al、Ca 在311.071 nm 和309.311 nm 附近的干擾譜線，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。

2.2 基體效應(yīng)影響

碳化硅主要以沉淀的形態(tài)存在于溶液中，對(duì)釩的測定不存在基體干擾；游離硅和二氧化硅在用氫氟酸和高氯酸溶解冒煙時(shí)，已經(jīng)驅(qū)盡，故不存在基體干擾；其余雜質(zhì)元素（如Fe、Al、Ca 等）含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不超過5%，基體影響也可以忽略不計(jì)。

2.3 校準(zhǔn)曲線和檢出限

選擇儀器最佳工作條件，對(duì)釩標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的發(fā)射強(qiáng)度進(jìn)行測定。以釩的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，發(fā)射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線，在同樣條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液曲線中空白溶液連續(xù)測定10 次，以3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法中釩的檢出限，結(jié)果見表2。

表2 V 元素校準(zhǔn)曲線的線性范圍、相關(guān)系數(shù)和檢出限

2.4 方法精密度實(shí)驗(yàn)

選取同一碳化硅[w（SiC）≥95%]樣品按照實(shí)驗(yàn)方法（1.3.1）進(jìn)行10 次重復(fù)性測定，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表3。

表3 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果 %

2.5 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)

在3 份碳化硅（≥95%）樣品中加入不同量的釩標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照實(shí)驗(yàn)操作方法，進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

3 樣品分析

按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)碳化硅[w（SiC）≥95%]樣品中V 進(jìn)行測定。為驗(yàn)證方法的正確性，將測定結(jié)果與其他方法的測定結(jié)果進(jìn)行比對(duì)（GB/T 15503—1995《水質(zhì)釩的測定鉭試劑（BPHA）萃取分光光度法》），結(jié)果見表5。

表5 碳化硅[w（SiC）≥95%]樣品中V 的測定結(jié)果與其他方法比較 %

4 結(jié)論

結(jié)果表明，碳化硅[w（SiC）≥95%]主要以沉淀形態(tài)分散在溶液體系中，游離硅和二氧化硅通過樣品溶解已驅(qū)盡，不存在基體和光譜干擾;剩余雜質(zhì)元素（Fe、Al 和Ca 等元素）含量較低，基體不存在干擾。光譜干擾實(shí)驗(yàn)表明對(duì)測試元素?zé)o影響。釩的質(zhì)量濃度在0.1 μg/mL～0.6 μg/mL，其線性相關(guān)系數(shù)均不小于0.9998，此方法中釩的檢出限為0.002 μg/mL，按照實(shí)驗(yàn)方法測定碳化硅[w（SiC）≥95%]中釩，結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，n=10）為4.05%～4.62%，加標(biāo)回收率在98.0%～103.0%，結(jié)果較為理想。