火焰原子吸收光譜法測定工業硅中的銅

施宏娟 安中慶

(昆明冶金研究院, 昆明 650031)

火焰原子吸收光譜法測定工業硅中的銅

施宏娟 安中慶

(昆明冶金研究院, 昆明 650031)

采用氫氟酸-硝酸分解試樣，用高氯酸蒸發至冒煙除去硅；在硝酸介質(5%)中，采用火焰原子吸收光譜法于324.8 nm波長處測定工業硅中銅含量。方法能有效地消除硅的干擾，測量結果相對標準偏差在5%以內，加標回收率在99.0%～102%。方法具有操作簡便、快速、容易掌握、成本低的優點。

工業硅；原子吸收光譜法；銅

0 前言

工業硅是現代工業中的重要原材料，可以用來制造光伏多晶硅、高純半導體材料、特種金屬合金、有機硅等；在冶金、電子、醫藥等領域具有不可替代的重要應用。對用于生產多晶硅的工業硅中銅、鎂、鉛、鋅等元素有較高的要求。為了適應市場的發展變化以及應對可能出現的國外貿易壁壘，必須在工業硅中增加微量元素的控制。

火焰原子吸收光譜法是測定銅量較為經典、成熟的分析方法之一；至今，有許多產品中低含量銅的測定都采用火焰原子吸收光譜法[1-3]，并且制定為國家標準分析方法[4-7]，這些分析方法為火焰原子吸收光譜法測定工業硅中銅含量奠定了基礎。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

原子吸收分光光度計(日本日立Z-2300型)，銅空心陰極燈，電子分析天平(AB104-S)。

銅標準儲備溶液(1 mg/mL)：將1.000 0 g高純金屬銅(ωCu≥99.995%)溶解于少量硝酸中，水浴蒸干后，加鹽酸和水溶解，再用水準確稀釋至1 L，搖勻。

銅標準溶液系列由銅標準儲備溶液逐級稀釋而成；各種干擾離子溶液均按常規方法配制。硝酸、高氯酸、氫氟酸均為分析純，實驗用水為二次蒸餾水。

1.2 儀器工作條件

原子吸收光譜儀的分析波長：324.8 nm；燈電流：3.0 mA；燃燒器高度：8.0 mm；光譜帶寬：0.2 nm；空氣流量：6 500 mL/min；燃氣流量：1 300 mL/min；燃燒器位置：5.0 mm。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品溶解方法

稱取適量的工業硅試料置于250 ml聚四氟乙烯燒杯中，加入10 mL氫氟酸、低溫溶解3 min，滴加10 mL硝酸溶液(1+1)，蓋上燒杯蓋，置于電熱板上加熱使樣品完全溶解后；沖洗燒杯蓋及杯壁，加入5 mL高氯酸，繼續加熱至冒高氯酸煙，蒸至約1 mL；取下，加約15 mL水，5 mL硝酸；加熱使鹽類溶解，冷至室溫；按表1轉移入容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。隨同試料做空白實驗。

表1 試料量、補加硝酸量及試液體積Table 1 Sampling volume, amounts of nitric acid addition and volumes of test solution

1.3.2 工作曲線的制作

分別移取0.00、5.00、10.00、15.00、20.00、25.00、50.00 mL銅標準溶液(20 μg/mL)于100 mL容量瓶中，加入5 mL硝酸，用水稀釋至刻度，混勻。以銅濃度(c)為橫坐標、吸光度(A)為縱坐標繪制工作曲線，見表2。

表2 工作曲線數據Table 2 The working curve data of copper

2 結果與討論

2.1 硝酸酸度的選擇

移取10.00 mL Cu(Ⅱ)標準溶液(20 μg/mL)至100 mL容量瓶，加入一定量硝酸，稀釋定容且搖勻。數據列于表3。

表3 硝酸酸度選擇Table 3 Selection of nitric acid acidity

實驗結果表明，硝酸濃度不影響銅的測定，酸的體積分數為2%～10%即可，實驗選擇硝酸(5%)作為介質。

2.2 共存離子干擾實驗

取各種可能存在的共存離子在銅含量為20 μg/mL的標準溶液中進行一系列的干擾實驗，測定結果表明，當硅量≥50 mg時有干擾，可采取補加5 mL氫氟酸、5 mL高氯酸進行二次揮硅,以消除影響。共存離子允許量Mn+(μg/mL)：P3+≤200，Ti2+、La3+≤100，Ce3+≤100，In3+≤50，Sn4+≤100，Mg2+≤200，Ca2+≤50，V5+≤50，ClO4-等離子不干擾測定。

2.3 樣品比對實驗

稱取一定量的工業硅標準物質置于250 mL聚四氟乙烯燒杯中，按實驗方法操作制備樣品并測定樣品含量。測定結果如表4所示。

表4 樣品比對實驗

Table 4 Comparative experiments of samples/%

工業硅標準物質編號Number銅含量Coppercontent測得銅含量Determinationofcoppercontent2#00086000865#002500256#00028000287#00470047

實驗結果表明，方法測定結果與標準物質結果一致，證明本方法準確可行。

2.4 精密度實驗

按照試樣分析方法測定三個工業硅樣品，平行測定11次結果列于表5。結果表明，三個樣品的測定相對標準偏差都小于5%，方法的精密度良好。

表5 精密度實驗結果Table 5 Results of precision tests(n=11) /%

2.5 加標回收實驗

稱取工業硅樣品0.500 0 g，按照實驗方法操作，并分別加入銅標準溶液，其結果列于表6。

表6 加標回收實驗Table 6 Recovery tests /%

從表5、表6數據可知，銅的加標回收率在99.0～102%，精密度較好，能滿足分析要求。

3 結語

工業硅中銅含量0.001%～0.5%采取火焰原子吸收光譜法測定，非常適用，本文對各種條件進行了實驗，選擇了最佳條件，建立了火焰原子吸收光譜法測定工業硅中銅的分析方法，從樣品的比對實驗、準確度、精密度等方面能滿足國家標準要求，加標回收率99.0%～102%，相對標準偏差在5%內。該方法具有操作簡便、快速、重現性好、容易掌握，適用于實際樣品分析且滿足工業硅產品銅質量控制的要求，宜于推廣應用。

[1] 丁愛梅,張東光.火焰原子吸收光譜法連續測定高純鉍錠中痕量銅、銀、鋅[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2015,5(1):56-58.

[2] 武內次夫,鈴木正已.原子吸收分光光度分析[M].王玉珊,張中,俞淑鶯,等,譯.北京:科學出版社,1975.

[3] 雷紅琴,劉緒斌,羅瓊,等.微波消解-原子吸收光譜法測定酵母中鐵、銅、錳、鉛、鎘[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2015,5(1):1-3.

[4] 全國有色金屬標準化技術委員會 GB/T 4103.3—2012 鉛及鉛合金化學分析方法 火焰原子吸收光譜法 銅量的測定[S].北京:中國標準出版社,2013-10-01.

[5] 全國有色金屬標準化技術委員會 GB/T 20975.3—2008 鋁及鋁合金化學分析方法 第三部分：銅含量的測定[S].北京:中國標準出版社,2008-06-01.

[6] 全國有色金屬標準化技術委員會 GB/T 12689.4—2004 鋅及鋅合金化學分析方法 銅量的測定[S].北京:中國標準出版社,2004-10-01.

[7] 全國有色金屬標準化技術委員會 GB/T8152.7—2006 鉛精礦化學分析方法 銅量的測定 火焰原子吸收光譜法[S].北京:中國標準出版社,2006-12-01.

Determination of Copper in Industrial Silicon by Flame AtomicAbsorption Spectrometry

SHI Hongjuan, AN Zhongqing

(KunmingMetallurgyResearchInstitute,Kunming,Yunnan650031,China)

In this paper, hydrofluoric acid-nitric acid was used to decompose samples，and perchloric acid was used to remove silicon by being evaporated to smoke. In nitric acid medium (5%), the content of copper in industrial silicon was determined at the wavelength of 324.8 nm by flame atomic absorption spectrometry. This method can effectively eliminate the interference of silicon. The standard recovery rates were in the range of 99.0%-102% and the relative standard deviation was within 5%.The method has the advantages of simplicity, speediness, easiness to learn, and low-cost.

industrial silicon;atomic absorption spectrometry;copper

2016-02-18

2016-03-07

施宏娟，女，工程師，主要從事冶金分析研究。E-mail:569115576@qq.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2016.03.017

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2016)03-0071-03