ICP-AES測定金屬硅中的硼

卞大勇

(天津華北地質(zhì)勘查局，天津 300181)

金屬硅是工業(yè)提純的單晶硅，主要用于生產(chǎn)有機硅、制取高純度的半導體材料以及配制有特殊用途的合金等。是非常重要的工業(yè)材料。硼作為金屬硅中的一項重要雜質(zhì)元素，能夠準確快速地測定具有非常重要的意義。電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP-AES）現(xiàn)已得到廣泛應用，金屬硅中鐵、鋁、鈣、鈦、錳、鎳的國家標準檢驗方法就是在對此儀器的應用基礎上制定的。相較之下，ICP-MS的實際普及應用就要略遜一籌。而且，三氟化硼極易揮發(fā)，即使用微波消解或用水域控溫也難以避免有所損失。另外，消除元素干擾的基體匹配法，雖然可用，但實際操作較為繁瑣，更加不適合測試大批量的樣品。本文基于ICP-AES應用的現(xiàn)狀探討更加適合實踐運用的測試方法。

1 儀器與試劑

1.1 儀器：美國PE公司生產(chǎn)的OPTIMA 2000DV電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀。

1.2 儀器條件：高頻頻率40MHZ；功率1.3kW；冷卻氣流量15L/min；輔助氣流量0.2L/min；載氣流量0.8L/min；溶液提升量1.5mL/min；觀察高度15mm；預燃時間15s；積分時間10s；延遲時間30s。

1.3 試劑：硝酸（ρ=1.40 g/mL）（分析純）、氫氟酸（ρ=1.13 g/mL）（分析純）、水：蒸餾水；高純二氧化硅（純度99.99%）。

1.4 鐵標準工作液（ρ=2mg/mL）：稱2.8595g預先在600℃灼燒1h并于干燥器中冷卻至室溫的三氧化鐵置于燒杯中，加入100mL（1+1）鹽酸，低溫加熱溶解，冷卻，移入1000mL容量瓶中，定容，搖勻。

硼儲備液（ρ=100 μg/mL）：稱取硼酸（純度 99.99%）0.5719g于聚四氟乙烯燒杯中，用水溶解后移入1000mL聚四氟乙容量瓶中，以水定容，搖勻。

硼標準工作液（ρ=5 μg/mL）：分取 5mL 硼儲備液與100mL聚四氟乙容量瓶中，以水定容，搖勻。

2 實驗步驟

2.1 準確稱取0.2000g（精確至0.0002g）試樣小心置于50mL聚四氟乙容量瓶中（隨同做空白試驗），用少量水沖洗瓶口，加入5mL硝酸，輕微搖晃使試樣盡量散開并與試劑盡量均勻接觸，緩慢加入2.5mL氫氟酸，隨即把瓶蓋輕放于瓶口上，待試樣與試劑反應結(jié)束并冷卻至室溫后，定容并搖勻試液。

2.2 曲線：分別分取0mL,1mL,2.5mL,5mL硼標準工作液與50mL聚四氟乙容量瓶中，以下步驟同2.1。

2.3 分取1mL鐵標準工作液與50mL聚四氟乙容量瓶中，以下步驟同2.1。

3 結(jié)構(gòu)與討論

3.1 譜線選擇：在可選的4條譜線中，208.957nm和208.889nm，雖然干擾較小,但靈敏度低,檢出線高，造成的分析結(jié)果偏差較大。而249.677nm和249.772nm，雖然干擾較大，但靈敏度高且檢出線低，分析結(jié)果偏差較小。故本文選用249.772nm作為分析線（2）。

3.2 精密度試驗：稱取同一金屬硅試樣分別進行11次獨立實驗和分析測定，對11次結(jié)果計算其相對標準偏差為2.09%，數(shù)據(jù)如下：

3.3 準確度試驗：本文采用加標回收方法來驗證本實驗方法的準確度，數(shù)據(jù)見表1。

表1

3.4 干擾試驗

金屬硅中雜質(zhì)含量處于微量或痕量級別，且在硼元素周圍對其有干擾作用的元素主要為鐵和錫，而錫的含量極低影響可以忽略。而金屬硅中一般會殘存一定量的鐵；另外為了避免硼的揮發(fā)，不能加熱蒸發(fā)驅(qū)趕硅和氫氟酸，因此溶液中有大量的硅質(zhì)存在。

3.4.1 硅的干擾

以高純二氧化硅制成基體空白試液，對其測試分析結(jié)果表明硅對硼造成的影響低于檢出線，故可以忽略不計。

3.4.2 鐵的干擾

由于金屬硅中一般會殘存一定量的鐵，且鐵對硼的譜線干擾較為明顯。而一般采用的基體匹配法應用較為繁瑣，得先準確測定干擾元素的含量，然后再按干擾元素含量匹配，較為繁瑣。尤其不適合大批量樣品的應用測試，因為每個樣品的干擾元素含量均不同。所以本文采用ICP-AES中的干擾元素校正程序IEC對鐵的干擾加以消除。可以省去不必要的實驗步驟，提高效率。因金屬硅中的鐵含量極少情況下超過1%，故采用2.3試液建立IEC模型。

4 結(jié)論

本文采用氫氟酸和硝酸直接在聚四氟乙烯容量瓶中溶解樣品，最大限度的避免了樣品沾污和揮發(fā)損失，并用干擾元素校正程序IEC替代傳統(tǒng)的基體匹配法，方便快捷，實用性強。結(jié)果表明回收率為96%～104%，相對標準偏差（RSD）（n=11):2.09%，數(shù)據(jù)較為理想。本方法準確快速，易于實際運用。