ICP-AES基体匹配法测定高导电铜中的微量元素*

刘邦夫

(湖南省电子信息产业研究院，湖南 长沙 410128)

高导电铜[1]是铜基合金，具有良好的物理性能，主要应用于集成电路的引线框架、各类点焊、触头材料和电动工具的换相器等，是一种重要的电学材料.微量元素的存在对高导电铜的性能产生影响，又因为基体效应且含量低，所以检测方法繁琐.笔者利用ICP-AES的高灵敏度、高精度和线性范围宽等优点，以基体匹配法消除基体效应，直接测定高导电铜中Ni，Mg，Be，Co和Si等微量元素含量，检测效果良好.

1 实验部分

1.1 仪器、试剂和材料

仪器：ICP-OES 7000DV(PerkinElmer 公司)；金蓉园JRY-D350-A电热板；国之源 P60-CY实验用超纯水.试剂：SPEX CertiPrep公司24混标(1 000 mg/kg，内含Ni，Mg，Be和Co等元素)；1 000 mg/kg Si单标(国家计量院出品)；优级纯盐酸和硝酸.材料：99.999%高纯铜(国家计量院出品)；K55-R690高导电铜样品(长沙中坤电气科技有限公司提供).

1.2 标准溶液体积对基体效应的影响

1.2.1 基体溶液的配制[2-3]称取高纯铜12.5 g于250 mL聚四氟乙烯烧杯中，置电热板上加入20 mL盐酸和20 mL硝酸在100 ℃下消解，冷却后将消解液转移到250 mL聚四氟乙烯容量瓶中，用去离子水定容，备用.

1.2.2 标准溶液的配制 用质量分数5%的硝酸液将1 000 mg/kg的24混标标液和Si单标标液分别配制成质量比为100，200，500 mg/kg的标准液25 mL，备用.

1.2.3 标准曲线的制作 用基体溶液将标准溶液直接稀释，分别配成25 mL质量比分别为0.05,0.1,0.5，1.0，2.0 mg/kg的系列标液，备用.

1.3 样品前处理

1.3.1 样品的消解 称取0.5 g高导电铜样品于100 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入10 mL盐酸和10 mL硝酸，置于电热板上，100 ℃加热消解约30 min.再升温到230 ℃，加热约30 min，得残留液体约5 mL，冷却.将液体转移到10 mL聚四氟乙烯容量瓶中，用去离子水定容，用ICP-AES基体匹配法测定样品中Ni，Mg，Be，Co，Si等元素，同时做空白实验.各元素检测分析线：Ni 231.604 nm，Mg 285.213 nm，Co 228.616 nm，Be 313.107 nm，Si 251.611 nm.功率1.3 kW，雾化器流量1 mL/min.

1.3.2 回收率的测定 称取A，B 2份高导电铜样品(质量相同)，A样品经消解后，用ICP-AES基体匹配法测定；B样品在消解前加入一定量的所测元素标液，消解后用ICP-AES基体匹配法测定，并计算加标回收率.

1.4 相对不确定度考察

按照文献[4]方法建立元素含量检测的教学模型，以质量比mg/kg为单位计算各元素的含量，并考察测量的相对不确定度.相对不确定度的来源主要有：标准物质引入的相对不确定度(f1)；称量中天平引入的相对不确定度(f2)；容量瓶引入的相对不确定度(f3)；测定样品时精密度引入的相对不确定度(f4)；回收率引入的相对不确定度(f5).合成相对不确定度

2 结果与讨论

2.1 标准溶液体积对基体效应的影响

根据不同标准溶液制作的标准曲线得元素检测结果(表1).

由表1可知，根据不同标准溶液制备的标准曲线进行检测，同一元素的检测结果几乎没有差别，即少量的标准溶液对基体效应的影响可以忽略不计.为了方便实验，笔者采用100 mg/kg的标准溶液制作标准曲线，检测高导电铜样品中各元素的含量.以质量比计，各元素及其含量分别为：Ni 2.13 mg/kg，Mg 0.088 mg/kg，Be 0 mg/kg，Co 0 mg/kg，Si 0.22 mg/kg.

实验中发现Mg和Si的检测必须在溶液制备好后0.5 h内检测，否则不但制作的标准曲线不符合要求，而且会增大检测结果的误差.

2.2 各元素的回收率

各元素的回收率见表2.

表2 各元素回收率

由表2可知，溶液中除Si以外的其他元素，含量越低的回收率也越低.重复性实验结果表明，各元素的回收率分别是：Ni 90%～108%，Mg 85%～110%，Be 85%～120%，Co 81%～118%，Si 80%～120%.所有检测元素的回收率均在70%～120%之间，符合检测回收率要求[5].

2.3 相对不确定度的评定

(1)标准物质引入的最大偏差为2%，服从均匀分布，则相对不确定度为

(2)电子天平计量报告给出的示值误差为0.5 mg，最大称量值200 g，属B类不确定度，按均匀分布计算，相对不确定度为

(3)容量瓶为10 mL，属A类不确定度，允许最大误差为0.1%，服从均匀分布，则相对不确定度为

表3 各元素连续测定结果

表4 各元素平均回收率、标准偏差和相对不确定度

(6)当置信概率为95%，扩展因子К=2，扩展系数为2时，扩展不确定度U=2f，则高导电铜中各元素的扩展相对不确定度UNi=5.52%，UMg=9.9%，UBe=9.36%，UCo=11.24%，USi=13.06%；各元素含量(以质量比计)的扩展测量不确定度wNi=0.12 mg/kg，wMg=0.009 mg/kg，wSi=0.029 mg/kg.

3 结论

使用基体匹配ICP-AES法测定高导电铜中Ni，Mg，Be，Co和Si等微量元素含量并考察测量相对不确定度，结果表明:

(1)ICP-AES基体匹配法测定高导电铜中Ni，Mg，Be，Co和Si等微量元素的含量是可行的，能够满足分析检测要求；

(2)基体匹配时加入的标准液由于所占体积相对较小，对整个基体匹配体系所产生的影响很小，对实验结果几乎不产生影响；

(3)随着元素向轻金属性和非金属性的过度，用ICP-AES法检测需要的条件越来越苛刻；

(4)Ni，Mg，Be，Co和Si的相对不确定度主要由检测精密度和回收率引入，因此在检测中须严格控制这2个因素的影响，减少误差，使检测数据更加可靠.