ICP-OES測(cè)定鉛汞鎘的參數(shù)優(yōu)化

劉化玲，牛麗川，黃小亞，張谷一

（國(guó)家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 100015）

隨著全球電子電氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電子產(chǎn)品在給人類帶來方便的同時(shí)，也給全球的生態(tài)環(huán)境帶來巨大影響。歐盟公布《關(guān)于限制在電子電氣產(chǎn)品中使用某些有害物質(zhì)的指令》[1]（即RoHS指令）。我國(guó)也頒布了《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》，限制使用鉛、汞、鎘等有害物質(zhì)。2011年8月實(shí)施的GB/T 26572—2011《電子電氣產(chǎn)品中限用物質(zhì)的限量要求》[2]規(guī)定鉛和汞的含量不得超過 0.1%（1000 mg/kg），鎘的含量不得超過 0.01%（100 mg/kg）。電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP－OES）靈敏度高，選擇性好，進(jìn)樣量小并且可以實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)分析，被廣泛應(yīng)用于RoHS指令中鉛、汞、鎘的確證檢測(cè)。對(duì)一臺(tái)ICP－OES，用戶可以調(diào)節(jié)控制的參數(shù)有射頻發(fā)生器的功率、等離子氣流量、載氣流量、霧化氣流量、進(jìn)樣速率、觀測(cè)高度等，其中，霧化氣流量、等離子氣流量和觀測(cè)高度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響較大[3]。這里主要討論如何調(diào)節(jié)這3個(gè)參數(shù)來增大信噪比、提高檢測(cè)靈敏度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

儀器：ICP－OES（PerkinElmer Optima 7300V）。

試劑：鉛（GBW08619）：1000 μg/mL；汞（GBW08617）：1000 μg/mL；鎘（GBW08612）：1000 μg/mL。實(shí)驗(yàn)采用混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣（鉛：1.0 μg/mL；鎘：0.1 μg/mL；汞：1.0 μg/mL）。

1.2 ICP-OES工作參數(shù)

功率：1200 W；輔助氣流量：0.2 L/min；樣品流速：1.5 L/min；讀數(shù)延遲：60 s。

分析波長(zhǎng)：鉛（Pb）為220.353 nm；汞（Hg）為194.168 nm；鎘（Cd）為228.802 nm。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 霧化氣流量的優(yōu)化

設(shè)置觀測(cè)高度10.0 mm，等離子氣流量為12.0 L/min，霧化氣流量分別設(shè)置為 0.40，0.45，0.50，0.55，0.60，0.70 L/min，記錄在不同霧化氣流量下的元素譜線強(qiáng)度（單位為c/s，即每秒的計(jì)數(shù)）。

1.3.2 等離子氣流量的優(yōu)化

霧化氣流量為 0.50 L/min，觀測(cè)高度為 10.0 mm，等離子氣流量分別設(shè)置為11.0，12.0，13.0，14.0，15.0 L/min，記錄在不同等離子氣流量下的元素譜線強(qiáng)度。

1.3.3 觀測(cè)高度的優(yōu)化

霧化氣流量為0.50 L/min，等離子氣流量為12.0 L/min，設(shè)置觀測(cè)高度分別為7.0，8.0，9.0，10.0，11.0，12.0 mm，記錄在不同觀測(cè)高度下的元素譜線強(qiáng)度。

2 影響因素分析

2.1 霧化氣流量對(duì)譜線強(qiáng)度的影響

霧化器的一個(gè)重要作用是使液滴汽化為氣溶膠并均勻進(jìn)入等離子體，而霧化氣的流量直接影響樣品的霧化效果是否均勻穩(wěn)定。從表1可知，元素的譜線強(qiáng)度隨霧化氣流量的增加而增大，但增大到一定程度后下降。因?yàn)殪F化氣流量加大，進(jìn)入炬焰的樣品量也增多，譜線強(qiáng)度增大，但達(dá)到一定值后，繼續(xù)增大霧化氣流量，會(huì)使進(jìn)入炬焰的粒子來不及激發(fā)而沖出，同時(shí)流量過大的霧化氣也使炬焰溫度降低，這樣發(fā)射強(qiáng)度也降低，信噪比變差。如果是單一元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線，應(yīng)選擇譜線強(qiáng)度最大時(shí)的霧化氣流量，若是混合溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線可折中考慮。本實(shí)驗(yàn)選擇0.50 L/min，確保鉛、汞、鎘的譜線強(qiáng)度最大。

2.2 等離子氣流量對(duì)譜線強(qiáng)度的影響

等離子氣是指流經(jīng)炬管外部的氣體，主要是用來冷卻炬管并穩(wěn)定等離子體炬焰。由表2得出，鉛和汞在12.0 L/min時(shí)譜線強(qiáng)度最大，鎘元素的譜線強(qiáng)度隨等離子氣流量的增加而減小，但是對(duì)于不同型號(hào)的儀器等離子氣流量有最低限，流量過低會(huì)導(dǎo)致外管過熱而燒毀炬管，在本實(shí)驗(yàn)體系等離子氣流量應(yīng)大于11.0 L/min，由于鎘元素的響應(yīng)值較大，折中考慮可選擇12.0 L/min，既確保炬焰穩(wěn)定燃燒，又保證被測(cè)元素較大的譜線強(qiáng)度。

表1 霧化氣流量對(duì)譜線強(qiáng)度的影響

表2 等離子氣流量對(duì)譜線強(qiáng)度的影響

2.3 觀測(cè)高度對(duì)譜線強(qiáng)度的影響

觀測(cè)高度是觀測(cè)窗中心到負(fù)載線圈上緣的垂直高度距離。分析元素經(jīng)過原子化、激發(fā)、輻射等過程，不同的粒子在炬焰中的溫度、電子密度、氬的各種粒子密度等參數(shù)在中心通道內(nèi)有不同的軸向分布。由表3得出，在本實(shí)驗(yàn)體系鉛、汞、鎘的最佳觀測(cè)高度為10.0 mm。

表3 觀測(cè)高度對(duì)不同元素譜線強(qiáng)度的影響

3 小結(jié)

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀是大型精密分析儀器，可以實(shí)現(xiàn)RoHS檢測(cè)中多元素同時(shí)分析，但運(yùn)行條件復(fù)雜，尤其是霧化氣流量、等離子氣流量和觀測(cè)高度對(duì)信噪比影響較大。為提高元素分析的靈敏度，分析檢測(cè)的過程中應(yīng)根據(jù)具體情況將儀器調(diào)節(jié)到較優(yōu)狀態(tài)，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度和靈敏度。

[1]RoHS：2002/95/EC，關(guān)于在電氣電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指 令 [S/OL].[2011－10－01].http://www.cqc.com.cn/chinese/Upfiles/2007/5/200751810278429.pdf

[2]GB/T 26572—2011，電子電氣產(chǎn)品中限用物質(zhì)的限量要求[S].2011.

[3]國(guó)家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三研究所，天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院.數(shù)字電視原理與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2011：564－565.