南京ICP光谱

钢研纳克高分辨率时序扫描型ICP光谱仪测定镧铈合金中15种稀土元素
摘 要 利用钢研纳克检测技术有限公司研制的光栅刻线为3600条/mm的高分辨率时序扫描型ICP-AES**光谱仪研究了镧铈基体对其中13种稀土元素分析线的光谱干扰情况。给出了镧铈合金中35%镧和65%铈作为基体时, 其中13 种稀土元素的分析谱线，并估算了各元素分析谱线的检出限，解决了以镧铈为基体材料的元素含量准确检测的难题。
关键词 ICP-AES，稀土；镧铈合金；光谱干扰
稀土镧铈合金主要用做贮氢合金材料和钢材添加剂，其主要功能为：1) 用LC/LPC金属作为添加剂提升金属材料综合性能方面的应用；2) 以LC/LPC金属作为合金主要成分研发高性能合金材料产品；3) LaCe/LaPrCe 作为合金化合物在镍氢电极负极材料方面的应用。ICP-AES法测定镧铈合金中的稀土元素时，由于ICP 相当强的激发能力, 使得可观测的稀土元素原子**光谱比电弧或火花光源较加丰富，因此全面了解各元素之间的光谱干扰信息是ICP-AES法准确测定稀土元素的重要基础。
近年来，国内一些研究小组利用光栅刻线数为3600条/mm的高分辨率ICP-AES**光谱仪, 系统地研究了十五种稀土元素作为基体时对其他稀土元素分析线的干扰轮廓[ 1-6]。镧铈合金由于受镧和铈双重基体的影响，光谱干扰较加复杂。本文采用钢研纳克检测技术有限公司的Plasma-1000型高分辨率时序扫描式ICP-AES光谱仪并在文献[1]-[6]的基础上，选择受镧或铈干扰小或干扰较小的谱线作为考察对象，考察了镧铈合金中各稀土元素受镧铈基体干扰的情况，给出了35%镧和65%的铈作为基体时, 其他13种稀土元素的分析线，并估算了此条件下各元素的检出限。
1　实验部分
1.1 仪器及参数
Plasma 1000 型顺序扫描**光谱仪(纳克) , Czermy-Turner光学系统, 焦矩: 1000mm，光栅有效面积110×110，光栅刻线: 3600 条/mm, 倒线色散率和分辨率: 0.22 nm/mm，0. 0066 nm，入射狭缝20 μm, 出射狭缝20 μm。高频电源: 频率27. 12 MHz、入射功率1. 15 kW。工作气体: 氩气纯度> 99. 95%, 冷却气15 L/ min、等离子气1. 2 L/min、载气0.5 L/ min, 冲洗气3. 5 L/min, 观察高度15.0 mm。
1. 2　主要试剂与稀土标准系列
盐酸、硝酸均为AR级；稀土标准溶液：1 mg/mL，盐酸或硝酸介质；实验用水为蒸馏水。
1.3实验方法
1.3.1 准确称取0.1000 g试样于150 mL烧杯中，加盐酸10 mL，低温电热炉上加热溶解样品，待样品溶解完后，冷却至室温，转移到100 mL容量瓶，加水定容至刻度，此溶液用于测量除镧铈以外其他稀土元素；
1.3.2 准确分取20 mL 1.3.1的原溶液于100 mL容量瓶中，补加盐酸5 mL,加水定容至刻度，此溶液用于测量镧和铈元素。
1.3.3 标准曲线
除镧铈以外其它元素标准曲线：在五个100 mL容量瓶中，分别加入35 mg **的镧基体和65 mg **的铈基体，加盐酸10 mL，并分别加入10、50、100、500μg的Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tu、Yb、Lu、Y等稀土元素的混合标液，用水定容到刻度；
镧和铈标准曲线：在五个100 mL容量瓶中，分别加入10 mL盐酸，然后再分别加入0、12、13、14、15 mL的铈标准溶液（1 mg/mL）和0、7、6、5、4 mL的镧标准溶液（1 mg/mL），用水定容至刻度。
2 结果与讨论
2.1 分析谱线的选择
根据文献[1]-[6]中提供的纯溶液中杂质元素谱线的检出限、信背比以及不同稀土基体时的背景相当浓度值和扫描图综合考虑, 选择出适合镧铈基体中的稀土元素分析的分析线作为本实验的待考察谱线，见表1。实验结果表明，Tm、Nd、Tb在考察的范围内，没有找到特别合适的谱线，因此选择受两种基体干扰相对较小的谱线。
表1 Plasma 1000 谱线
元素 谱线/nm 元素 谱线/nm
La 333.749 Er 323.058; 337.271; 349.910; 369.265
Ce 413.380; 418.660 Tm 313.126; 342.508
Pr 414.311; 417.939; 422. 535 Yb 289.138; 328.937
Nd 401.225; 406.109; 430.358 Lu 261.542
Sm 359.260; 442.434 Y 324.228; 371.030; 377.433
Eu 381.967; 412.970 Dy 353.170
Gd 335.047; 336.223 Ho 345.600
Tb 350.917; 367.635
表2 镧铈合金中各稀土元素的分析谱线
元素 分析线/nm 元素 分析线/nm
La 333.749 Er 349.910 369.265
Ce 413.380 418.660 Tm 313.126
Pr 422.535 Yb 328.937
Nd 406.109 430.358 Lu 261.542
Sm 359.260 Y 324.228; 377.433
Eu 381.967 Dy 353.170
Gd 335.047 Ho 345.600
Tb 350.917; 367.635
2.2 检出限
在表2所列的仪器条件下测定了15 个稀土元素在镨钕基体中对所选的分析线按文献[ 7]估算了检出限。估算检出限公式如下:
，式中I n/I b为分析物的净强度和背景强度比; C为产生I n/I b 的分析物浓度。
表 3 镧铈合金中各稀土元素谱线检出限
元素 分析线/nm Plasma100检出限
/(?g/mL)
La 333.749;
379.478 0.0050
0.0035
Ce 413.380
418.660 0.015
0.019
Pr 422. 535 0.015
Nd 406.109
430.358 0.01
0.01
Sm 359.260 0.0075
Eu 381.967 0.001
Gd 310.050
335.047 0.0058
0.005
Tb 350.917
367.635 0.006
0.02
Er 337.271
369.265 0.003
0.0038
Tm 313.126 0.0025
Yb 328.937 0.0006
Lu 261.542 0.0013
Y 324.228
377.433 0.0028
0.0025
Dy 353.170 0.0024
Ho 345.600 0.005
3 结论
1）本工作就纳克生产的高分辨率光谱仪对稀土元素的分析性能和光谱干扰研究结果表明: 与普通分辨率光谱仪相比, 背景相当浓度值和光谱干扰程度显着降低, 因而提高了检出能力和分析结果的准确度，在以稀土为主要共存物的痕量稀土分析中具有明显优势。
2）研究了镧铈基体对其他13个稀土元素分析线的光谱干扰情况。给出了35%镧和65%的铈作为基体时, 13种稀土元素的分析线，并估算了此条件下各元素的检出限，为ICP-AES法准确测定镧铈合金中13种稀土元素奠定了基础。
参考文献:
1 李冰,尹明. 高分辨型电感耦合等离子体**光谱仪测定稀土元素的光谱干扰研究I. 铈镨和钕基体[J]. 分析测试仪器通讯，2（6）：63-81.
2 谷胜，杨赸原，李冰. 稀土元素原子**光谱及其谱线干扰的高分辨率ICP-AES研究 Ⅱ. 钐基体对其他稀土元素的光谱干扰[J]. 光谱学与光谱分析（Spectroscopy and Spectral Analysis），1997, 17（2）：8 8 -94.
3 应海，杨原，张志刚. 稀土元素原子**光谱及其谱线干扰的高分辨率ICP-AES研究：Ⅲ镝基体对其他稀土元素的光谱干扰[J]. 光谱学与光谱分析（Spectroscopy and Spectral Analysis），1998, 18（5）：559-564.
4 孙振华，孙大海，谷胜. 稀土元素原子**光谱及其谱线干扰的高分辨率ICP-AES研究：VI 铕、钆基体对其他稀土元素的光谱干扰[J]. 光谱学与光谱分析（Spectroscopy and Spectral Analysis），2000, 20（1）：49-54.
5 孙振华,谷胜，孙大海. 稀土元素原子**光谱及其谱线干扰的高分辨率ICP-AES研究:V 镥、铥、钇、镱基体对其他稀土元素的光谱干扰[J]. 光谱学与光谱分析（Spectroscopy and Spectral Analysis），2000, 20（2）：222-228.
6 孙振华，李冰, 孙大海. 稀土元素原子**光谱及其谱线干扰的高分辨率ICP-AES 研究:VI 镧、铽、钬、铒基体对其他稀土元素的光谱干扰. 光谱学与光谱分析（Spectroscopy and Spectral Analysis），2001, 21（1）：57-61.
7 Winge R K, Fassel V A, Peterson V J, etal. Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy[M]. An Atlas of Spectral Information. Amsterdam: Elsevier, 1985.

如何选择合适的ICP-OES
用户可以根据分析对象选择适合自己的观测方式的ICP类型:
高分辨单扫描：plasma1000(适合需要高分辨的钨钼钽铌、稀土等基体复杂分析)
全谱径向直读：plasma2000(适合地质、冶金等基体复杂物质分析）
全谱双向观测：plasma3000(适合地质、冶金分析及环保、水质等低含量分析）
根据进样类型配置不同附件：
MEINHARD同心雾化器、氢化物发生器、**进样系统、耐高盐、耐氢氟酸系统
选择ICP-OES分析前提:
1、样品的含量应该符合其检测灵敏度要求（含量一般为μg/mL、μg/L级别）；
2、样品前处理彻底和稳定；
3、干扰性小，并能利用方法排除；
4、方法各种参数的选择和优化；
5、进行正确性和精密性等试验.

Nd-Fe-B样品中稀土元素和非稀土元素测试
研究报告
备注：
样品来源于客户演示样品，要求测试样品中的Pr、Nd、Dy、Ho、Al、B、Co、Cu、Ga，针对3台仪器做了相关的谱线对比和数据对比。
一、样品要求及前处理
共2个样品，磁材。
二、实验室准备
2.1实验室环境：22℃，相对湿度：30%；
2.2采用 Plasma 2000；
2.3氩气纯度≥99.999%；
2.4水：全部均以二次水为标准；
三、样品测试
1试料
根据不同待测元素，试样的称样量不同。
2测定次数
称取2份试料进行平行测定，取其平均值。
3空白试验
随同试料做空白试验。
4分析试液的制备
称取样品0.1000g，加入2mL HCl和0.2mLHNO3，置于120℃加热板，待反应完全后，冷却定容至100mL 玻璃容量瓶中，备用，用于检测B、Al、Cu、Co、Ga、Dy、Ho。
称取样品0.0100g，加入2mL HCl和0.2mLHNO3，置于120℃加热板，待反应完全后，冷却定容至100mL 玻璃容量瓶中，备用，用于检测Pr、Nd。
5配制校准曲线溶液（%）
元素 S0 S1 S2 S3
基体0.07gFe和0.02gNd，2mL HCl和0.2mLHNO3 B、Al、Cu、Co、Ga、Dy、Ho 0 0.1% 0.5% 1%
基体0.007gFe，2mL HCl和0.2mLHNO3 Pr 0 4% 6% 8%
Nd 0 15% 20% 25%
6谱线选择（%）
6.1 725仪器谱线选择
元素 谱线 谱线选择 线性
Nd 401.224、406.108、410.945、430.357 401.224的谱峰有明显干扰，峰形明显不是高斯峰，剔除 406.108谱峰有明显干扰，峰形明显不是高斯峰，剔除 430.357底部有明显干扰，导致数据偏高，剔除 终选择410.945
谱线线性0.9999
Pr 406.281、410.072、422.293 406.281底部左侧有明显干扰，测试数据偏高，剔除 410.072和422.293两条谱线无干扰且线性良好，都可以选择
谱线线性0.9999
Al 396.152、308.215、237.312 396.152在低含量有明显干扰，峰位不正，剔除 308.215存在明显干扰，剔除 237.312峰形良好，选择
谱线线性0.9999
B 208.889、208.956、249.678、249.772 249.772处，样品存在明显干扰，剔除
其余三条谱线正常
谱线线性0.9999
Co 228.615
、238.892 两条谱线均可以使用，但是建议用228.615（信噪比高）
谱线线性0.9999
Cu 213.598、224.700、324.754、327.395 327.395底部右侧有干扰峰，造成样品测试结果偏高，剔除 213.598谱线正常，建议选用 224.700谱线左侧底部有干扰，但样品测试数据正常 324.754谱线底部左侧有干扰，但样品测试数据正常 谱线线性0.9999
Dy 340.780、353.171 340.780谱线正常，建议选用
353.171谱线在低含量段干扰较大，剔除
谱线线性0.9999
Ga 294.363、417.204 294.363谱线正常，建议选用
417.204谱线干扰较大，剔除
谱线线性0.9999
Ho 339.895、341.644、345.600 339.895底部左侧有小干扰，对低含量影响较大，剔除 341.644谱线正常，建议选用
345.600底部左侧有小干扰，对低含量影响较大，剔除
谱线线性0.9999
6.2 1000仪器谱线选择
元素 谱线 谱线选择 线性
Nd 401.224、406.108、410.945、430.357 401.224基本正常
406.108基本正常
430.357基本正常
410.945基本正常
谱线线性0.9999
Pr 406.281、410.072、417.939 417.939底部右侧有明显干扰，剔除
410.072和406.281两条谱线无干扰且线性良好，都可以选
择 但测试数据上看，406.281数据偏高，因此选择410.072，谱线线性0.9999
Al 396.152、308.215、237.312 396.152底部有明显干扰，剔除 308.215底部有明显干扰，剔除
237.312峰形良好
谱线线性0.9999
B 208.889、208.956、249.678、249.772 249.772处，样品存在明显干扰，剔除 其余三条谱线正常
谱线线性0.9999
Co 238.636
、238.892 两条谱线均可以使用，但是建议用238.636（信噪比高）
谱线线性0.9999
Cu 213.598、224.700、324.754、327.395 327.395底部左侧有干扰峰，造成样品测试结果偏高，剔除 213.598谱线正常，建议选用 224.700谱线左侧底部有干扰，但样品测试数据正常 324.754谱线底部左侧有干扰，但样品测试数据正常 谱线线性0.9999
Dy 353.171 353.171谱线在低含量段干扰较大，剔除
谱线线性0.9999
Ga 294.364、417.204 294.364谱线正常，建议选用
417.204谱线干扰较大，剔除
谱线线性0.9999
Ho 339.898、341.644、345.600 339.898底部左侧有小干扰，对低含量影响较大，剔除 341.646谱线正常，建议选用
345.600底部左侧有小干扰，对低含量影响较大，剔除 谱线线性0.9999
6.3 2000仪器谱线选择
元素 谱线 谱线选择 线性
Nd 401.224、406.108、410.945、430.357 401.224、406.108、430.357、410.945谱线干扰且线性良好，都可以选择（由于有725做依据，怀疑是仪器分辨率较差导致谱线看不到干扰） 谱线线性0.9999
Pr 406.281、410.072、422.293 406.281、410.072和422.293谱线干扰且线性良好，都可以选择（由于有725做依据，怀疑是仪器分辨率较差导致谱线看不到干扰） 谱线线性0.9999
Al 396.152、308.215、237.312 308.215存在明显干扰，剔除
396.152、237.312峰形良好，选择
谱线线性0.9999
B 208.889、208.956、249.678、249.772 249.772处，样品存在明显干扰，剔除
其余三条谱线正常
谱线线性0.9999
Co 228.615
、238.892 两条谱线均可以使用
谱线线性0.9999
Cu 213.598、224.700、324.754、327.395 224.700底部右侧有干扰峰，造成样品测试结果偏高，剔除 213.598、327.395、324.754谱线正常，建议选用 谱线线性0.9999
Dy 340.780、353.171 340.780、353.171谱线正常，建议选用
谱线线性0.9999
Ga 294.364、417.204 294.364谱线正常，建议选用
417.204谱线干扰较大，剔除
谱线线性0.9999
Ho 339.895、341.644、345.600 339.895、341.644谱线正常，建议选用
345.600底部左侧有小干扰，对低含量影响较大，剔除 谱线线性0.9999
7检测结果（%）
725数据
元素 Pr Nd Al B Co Cu Ga Dy Ho
标准推荐谱线 440.884 445.157 237.312 208.889、208.956、249.773 228.615、237.862 324.754、327.395、224.700 294.363 387.212、340.780 341.646
谱线 nm 410.072 410.945 237.312 249.678 228.615 213.598 294.363 340.780 341.644
38SH A.V. 6.780 22.08 0.652 0.781 0.408 0.183 0.138 1.995 0.221
N48 A.V. 6.869 22.01 0.253 0.756 0.387 0.1339 0.131 无 无
1000数据
元素 Pr Nd Al B Co Cu Ga Dy Ho
谱线 nm 410.072 406.281 430.358 410.946 406.109 401.225 237.312 249.678 238.636 213.598 294.364 353.170 341.644
38SH 1 6.83 6.82 22.57 21.69 22.54 22.41 0.862 1.003 0.610 0.221 0.198 2.572 0.283
2 6.89 7.10 22.49 21.83 22.67 22.48 0.857 1.004 0.629 0.232 0.197 2.578 0.290
A.V. 6.86 6.96 22.53 21.76 22.61 22.45 0.860 1.004 0.620 0.226 0.198 2.575 0.287
N48 1 7.58 7.15 23.09 22.36 22.66 22.96 0.361 0.997 0.616 0.178 0.199 无 无
2 7.52 7.15 23.53 22.37 22.58 22.48 0.360 0.982 0.603 0.167 0.191 无 无
A.V. 7.55 7.15 23.32 22.37 22.62 22.72 0.361 0.989 0.609 0.173 0.195 无 无
2000数据
元素 Pr Nd Al B Co Cu Ga Dy Ho
谱线 nm 406.281 410.072 430.358 401.225 237.312 249.678 238.892 324.754 294.364 340.716 341.646
38SH 1 6.78 6.77 21.80 21.84 0.818 0.991 0.516 0.233 0.144 2.468 0.295
2 6.80 6.79 21.85 21.89 0.822 0.997 0.524 0.235 0.147 2.467 0.298
A.V. 6.79 6.78 21.83 21.86 0.820 0.994 0.520 0.234 0.146 2.468 0.296
N48 1 7.25 7.23 23.07 23.06 0.288 0.963 0.496 0.178 0.128 无 无
2 7.44 7.37 23.03 23.16 0.280 0.957 0.492 0.176 0.126 无 无
A.V. 7.35 7.30 23.05 23.11 0.284 0.960 0.494 0.177 0.127 无 无
反测 8—8.04 8—7.9565 25—24.97 25—25.05 0.5—0.533 0.5—0.512 0.5—0.499 0.5—0.497 0.5—0.516 0.5—0.521 0.5—0.524

ICP电感耦合等离子**光谱原理
电感耦合等离子体（ICP）是由高频电流经感应线圈产生高频电磁场，使工作气体形成等离子体，并呈现火焰状放电，是一个目前用于原子**光谱，具有良好的蒸发-原子化-激发-电离性能的光谱光源。
1.ICP原理
电感耦合等离子体（ICP）是由高频电流经感应线圈产生高频电磁场，使工作气体形成等离子体，并呈现火焰状放电，是一个目前用于原子**光谱，具有良好的蒸发-原子化-激发-电离性能的光谱光源。
其具有环形结构、温度高、电子密度高、惰性气氛等特点，用它作为激发光源具有检出限低、线性范围广、电离和化学干扰少、准确度和精密度高等分析性能。
在测量过程中，样品由载气引入雾化室雾化后，以气溶胶形式进入等离子体的中心通道，在高温惰性气氛中被充分蒸发、原子化、电离和激发，使所含元素**各自的特征谱线。根据各元素特征谱线的存在与否，定性分析样品中元素的存在与否；由特征谱线的强度，定量分析相应元素的含量。ICP电离源一般配有MS检测器或者OES（AES）检测器。这两者都可以同时分析多个样品、精度高、准确度好、应用范围广（图1）。由于检测器的不同，这两种检测手段在用途上有些不同：ICP-OES（AES）高灵敏度，低检测限（ppm级），较宽的动态线性范围和多元素同时分析，通常用于痕量及部分常量元素定性定量分析，应用的行业范围也较广；ICP-MS具有元素、同位素、形态分析等定性定量分析能力，检测下限水平**ICP-OES（ppb级）。由于其方便、快捷、精度高、准确度高，在配方分析中都有着广泛的应用。
图1.ICP-MS（OES/AES）的应用范围
试样在分析前需要进行前处理，常见的试样分解方法有：
稀释法：用高纯去离子水或者无机酸（HNO3）稀释至合适的浓度进行测试。
湿分解法：用单一酸（HF, HNO3, HCl等）或者混酸（HNO3/HClO4/HF强氧化体系，HNO3/H2SO4/HClO4强氧化体系，HNO3/HCl体系）。
高压分解法：可以提高难分解体系的分解，污染少，酸分解效率高，操作简单。
微波消解法：HNO3微波消解；HNO3/H2O2微波消解；HNO3/H2O2/HF微波消解，污染小、元素损失小、快速。
熔融分解法：可以分为碱金属熔法（使用碳酸盐、氢氧化物、过氧化物或硼酸盐等）；酸熔法（硫氰酸盐和焦硫酸盐，酸性氟化物和氟硼酸盐，硼酸盐和氧化硼）以及还原熔法（适用于贵金属试金法）。
2.ICP在配方分析中常见方法应用举例
一种金属焊药的定性、定量分析
样品分析前，首先是对样品的前处理，该种金属焊药中含有金属，常用的为王水法处理（硝酸/硫酸=1/3）。处理后样品的水溶液使用ICP-OES进行测量，对得到的结果进行分析、计算，可以得到该样品中含有锡92%、银5%、钛3%。
一种磷化液中金属成分及含量分析
样品为液体试样，因此前处理比较复杂，通过我们工程师细致准确的处理，可以得到样品水溶液，进行ICP-MS测试。实验结果显示，样品中含有金属Zn，Cu以及Na，同时含有一定量的P。结合其他测试（XRD，阴离子色谱等）可以定性、定量出样品中含有磷酸41%，27.5%，硝酸锌30%，碳酸铜3%，氟化钠2%。

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钢研纳克检测技术股份有限公司（代码:300797）是*企业中国钢研科技集团有限公司（钢铁研究总院）的二级单位，从事分析仪器装备和分析检测技术的研究、开发和应用的**创新型企业。目前公司提供的主要服务或产品包括分析检测仪器、第三方检测服务、标准物质/标准样品、能力验证服务等检测相关产品与延伸服务。钢研纳克不仅是中国分析仪器设备制造的行业企业，也是国内元素检测领域仪器种类、综合实力的仪器装备和分析测试技术的研究机构之一。公司及子公司牵头制修订7项、参与制修订20余项、制定170余项及行业标准；研制家级标准物质/标准样品300多种。力争成为测试仪器装备领域有影响力的**竞争参与者、成为具有**影响力的材料表征评价认证的和综合解决方案的提供者。钢研纳仪器产品主要包含：电感耦合等离子体质谱仪,ICPMS,ICP光谱仪,国产ICP,国产ICP-MS,ICP光谱分析仪,电感耦合等离子体光谱仪,电感耦合等离子体**光谱仪,食品重金属检测仪、土壤重金属检测仪、波长色散X射线荧光光谱仪、金属原位分析仪、脉冲熔融-飞行时间质谱仪、试验机、环保监测设备等技术水平的检测装备，其中多款仪器*（属国内台套）。产品质量稳定，检测数据可靠，累计市场占有率排名国内行业**，部分产品成为同类产品的业界，牵头制定了相关仪器和检测标准。钢研纳克检测技术股份有限公司是国内早使用和开发ICP光谱仪和ICP-MS的科研单位之一，依托钢铁材料测试中心，培育了一批ICP光谱仪和ICP-MS应用和仪器。ICP光谱仪产品标准GB/T 36244-2018和ICP-MS仪器计量检定规程GB/T 34826-2017的起草单位。重大科学仪器专项《ICP痕量分析仪器的研制》牵头单位，*ICP系列分析仪器的发展。拥有30多年ICP方法开发经验，懂ICP应用的国产ICP&ICP-MS制造商。免费培训，解决客户应用方法的难题，让您ICP光谱仪和ICP-MS用的！，上市公司，品质之选！. 联系人:文经理 电话 手机.