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(cè)定工業(yè)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(fā)至冒煙除去硅；在硝酸介質(zhì)(5%)中，采用火焰原子吸收光譜法于324.8 nm波長(zhǎng)處測(cè)定工業(yè)硅中銅含量。方法能有效地消除硅的干擾，測(cè)量結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在5%以內(nèi)，加標(biāo)回收率在99.0%～102%。方法具有操作簡(jiǎn)便、快速、容易掌握、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

工業(yè)硅；原子吸收光譜法；銅

0 前言

工業(yè)硅是現(xiàn)代工業(yè)中的重要原材料，可以用來(lái)制造光伏多晶硅、高純半導(dǎo)體材料、特種金屬合金、有機(jī)硅等；在冶金、電子、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有不可替代的重要應(yīng)用。對(duì)用于生產(chǎn)多晶硅的工業(yè)硅中銅、鎂、鉛、鋅等元素有較高的要求。為了適應(yīng)市場(chǎng)的發(fā)展變化以及應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的國(guó)外貿(mào)易壁壘，必須在工業(yè)硅中增加微量元素的控制。

火焰原子吸收光譜法是測(cè)定銅量較為經(jīng)典、成熟的分析方法之一；至今，有許多產(chǎn)品中低含量銅的測(cè)定都采用火焰原子吸收光譜法[1-3]，并且制定為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法[4-7]，這些分析方法為火焰原子吸收光譜法測(cè)定工業(yè)硅中銅含量奠定了基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

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

銅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)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(zhǔn)確稀釋至1 L，搖勻。

銅標(biāo)準(zhǔn)溶液系列由銅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液逐級(jí)稀釋而成；各種干擾離子溶液均按常規(guī)方法配制。硝酸、高氯酸、氫氟酸均為分析純，實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)：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?xì)饬髁浚? 300 mL/min；燃燒器位置：5.0 mm。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品溶解方法

稱取適量的工業(yè)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(xù)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(zhuǎn)移入容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。隨同試料做空白實(shí)驗(yàn)。

表1 試料量、補(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)、吸光度(A)為縱坐標(biāo)繪制工作曲線，見表2。

表2 工作曲線數(shù)據(jù)Table 2 The working curve data of copper

2 結(jié)果與討論

2.1 硝酸酸度的選擇

移取10.00 mL Cu(Ⅱ)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)列于表3。

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

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硝酸濃度不影響銅的測(cè)定，酸的體積分?jǐn)?shù)為2%～10%即可，實(shí)驗(yàn)選擇硝酸(5%)作為介質(zhì)。

2.2 共存離子干擾實(shí)驗(yàn)

取各種可能存在的共存離子在銅含量為20 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液中進(jìn)行一系列的干擾實(shí)驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果表明，當(dāng)硅量≥50 mg時(shí)有干擾，可采取補(bǔ)加5 mL氫氟酸、5 mL高氯酸進(jìn)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(cè)定。

2.3 樣品比對(duì)實(shí)驗(yàn)

稱取一定量的工業(yè)硅標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)置于250 mL聚四氟乙烯燒杯中，按實(shí)驗(yàn)方法操作制備樣品并測(cè)定樣品含量。測(cè)定結(jié)果如表4所示。

表4 樣品比對(duì)實(shí)驗(yàn)

Table 4 Comparative experiments of samples/%

工業(yè)硅標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)Number銅含量Coppercontent測(cè)得銅含量Determinationofcoppercontent2#00086000865#002500256#00028000287#00470047

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，方法測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)結(jié)果一致，證明本方法準(zhǔn)確可行。

2.4 精密度實(shí)驗(yàn)

按照試樣分析方法測(cè)定三個(gè)工業(yè)硅樣品，平行測(cè)定11次結(jié)果列于表5。結(jié)果表明，三個(gè)樣品的測(cè)定相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差都小于5%，方法的精密度良好。

表5 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of precision tests(n=11) /%

2.5 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

稱取工業(yè)硅樣品0.500 0 g，按照實(shí)驗(yàn)方法操作，并分別加入銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，其結(jié)果列于表6。

表6 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)Table 6 Recovery tests /%

從表5、表6數(shù)據(jù)可知，銅的加標(biāo)回收率在99.0～102%，精密度較好，能滿足分析要求。

3 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)硅中銅含量0.001%～0.5%采取火焰原子吸收光譜法測(cè)定，非常適用，本文對(duì)各種條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，選擇了最佳條件，建立了火焰原子吸收光譜法測(cè)定工業(yè)硅中銅的分析方法，從樣品的比對(duì)實(shí)驗(yàn)、準(zhǔn)確度、精密度等方面能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，加標(biāo)回收率99.0%～102%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在5%內(nèi)。該方法具有操作簡(jiǎn)便、快速、重現(xiàn)性好、容易掌握，適用于實(shí)際樣品分析且滿足工業(yè)硅產(chǎn)品銅質(zhì)量控制的要求，宜于推廣應(yīng)用。

[1] 丁愛梅,張東光.火焰原子吸收光譜法連續(xù)測(cè)定高純鉍錠中痕量銅、銀、鋅[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2015,5(1):56-58.

[2] 武內(nèi)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(xué)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(cè)定酵母中鐵、銅、錳、鉛、鎘[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2015,5(1):1-3.

[4] 全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) GB/T 4103.3—2012 鉛及鉛合金化學(xué)分析方法 火焰原子吸收光譜法 銅量的測(cè)定[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2013-10-01.

[5] 全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) GB/T 20975.3—2008 鋁及鋁合金化學(xué)分析方法 第三部分：銅含量的測(cè)定[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008-06-01.

[6] 全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) GB/T 12689.4—2004 鋅及鋅合金化學(xué)分析方法 銅量的測(cè)定[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004-10-01.

[7] 全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) GB/T8152.7—2006 鉛精礦化學(xué)分析方法 銅量的測(cè)定 火焰原子吸收光譜法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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