一种高纯锑中杂质元素的检测方法及在线气体稀释装置与流程

本发明涉及一种杂质元素的检测方法，具体涉及一种高纯锑中杂质元素的检测方法及在线气体稀释装置，属于分析检测。

背景技术：

1、锑元素符号sb，原子量121.8，原子序数为51，元素类型属于金属，密度6.684克/立方厘米，熔点630.74℃，沸点1750℃。

2、高纯锑主要用于半导体工业，是半导体硅和锗的掺杂元素，是生产半导体制冷片的主要原材料。高纯锑也和其他金属组成合金被广泛用于生产各种阻燃剂、搪瓷、玻璃、橡胶、涂料、颜料、陶瓷、塑料、半导体元件、烟花、医药及化工等部门产品。高纯锑中杂质元素含量决定了高纯锑纯度级别。

3、高纯锑中杂质元素元素测定现行标准采用《高纯锑化学分析方法镁、锌、镍、铜、银、镉、铁、硫、砷、金、锰、铅、铋、硅、硒含量的测定高质量分辨率辉光放电质谱法》(ys/t35-2012)，在该方法中，使用到的高质量分辨率辉光放电质谱(hr-gd-ms)属于特别贵重的设备，一般实验室不一定有配置；而在《高纯锑化学分析方法化学光谱法测定锌、银、铜、镐、镍、铅、镁、金、铁和锰量》(ys/t 35.21992)中使用了氯化分离基体，光谱法测定杂质元素含量，氯化分离时间长，在氯化过程中部分待测元素有一定的损失，不能很好指导高纯锑的生产。

4、电感耦合等离子体质谱仪(icp-ms)现多数实验室都有配置，由于检测样品需要通过双锥进入质量分离器，正常情况下要求基体浓度不能大于0.2％，否则会因为基体影响导致测试结果不准确，因此，其样品的准备过程及其严格和复杂，严重影响了测试速度和准确度。怎样解决快速消除基体的影响是如今icp-ms测试领域的研究焦点。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的第一个目的是在于提供一种高纯锑中杂质元素的检测方法。该方法采用混酸溶解高纯锑样品，加入低中高不同质量数的内标物溶液，通过在线引入氩气稀释，采用标准曲线法内标校正，电感耦合等离子体质谱法测定高纯锑中杂质元素的含量。该方法采用在线气体稀释技术，有效地解决了icp-ms不能忍耐高浓度基体的情况，无需进行基体分离，操作方便，分析速度快，检测结果可靠，满足工业生产线上快速检测的需求。

2、本发明的第二个目的在于提供一种在线气体稀释装置，用于上述检测方法中在线引入惰性气体。该装置基于各组件间的协同作用，首先通过雾化器气体压力“粉粹雾化”样品溶液形成气溶胶，再调整稀释气体压力实现对测试样品的定量稀释。该装置无需额外的试剂或稀释液，也无需对样品进行额外处理，大幅消除了样品基体对测试结果的影响，提高了测试的稳定性和准确性。

3、为实现上述技术目的，本发明提供了一种高纯锑中杂质元素的检测方法，包括：

4、1)将高纯锑样品溶解于混酸中，加入混合内标溶液后定容，得待测液；

5、2)于混酸中加入混合内标溶液后定容，得空白待测液；

6、3)于多元素标准溶液中加入混合内标溶液，得标准溶液；

7、4)采用电感耦合等离子体质谱仪依次测试标准溶液、空白待测液和待测液，测试过程中在线引入惰性气体稀释，经内标校正，即得；

8、所述混合内标溶液为质量数不同的三元内标物溶液。

9、本发明所提供的检测方法中采用四步法，通过不同质量数的内标物溶液，分别对高纯锑中不同的杂质元素进行标定和测试，进一步的在测试过程中在线引入惰性气体，稀释样品气溶胶，降低样品基体信号背景，有效屏蔽了基体信号对测试结果的影响，不仅显著提升了测试速率，还大幅提高了测试的精准度，实现了高纯锑样品的快速、在线精确检测。

10、作为一项优选的方案，所述混酸为浓盐酸、浓硫酸和浓硝酸中的任意两种。

11、作为一项优选的方案，所述高纯锑的纯度为99.999～99.9999％。本发明所针对的是高纯度锑中杂质的定性和定量检测，若样品的纯度太低，会造成基线不稳，无法准确测试样品中的痕量杂质，所得测试结果会造成较大的偏差。

12、作为一项优选的方案，所述混酸为浓盐酸和浓硝酸按质量比1∶0.3～3的混合酸。进一步优选，所述混酸为浓盐酸和浓硝酸按质量比1∶0.3的混合酸。

13、作为一项优选的方案，所述混合内标溶液为45sc、103rh和187re的内标物混合溶液。区别于传统的icp测试内标混合溶液，本发明所采用的内标物混合溶液为低、中和高质量数的三元内标物混合溶液，其中，45sc对mg、mn、fe、ni、cu和zn等质量数小于70的金属元素有优异的校准准确性，103rh对ag、cd等质量数在90～130之间的过渡金属有优异的校准准确性，187re则对质量数大于130的金属元素有着优异的校准准确性。该混合内标溶液组成简单，便于测试，极大的降低了测试流程，保证测试结果准确率。

14、作为一项优选的方案，所述待测液、空白待测液和标准溶液中的多元内标物的浓度为15～25ng/ml。

15、作为一项优选的方案，所述溶解的条件为：搅拌速率5～15rpm，温度为40～70℃，时间为15～30min。进一步优选，所述低温溶解的温度为60℃。基于本发明所提供测试方法的全流程协同作用，大幅降低了样品对溶解温度的要求，该过程无需将金属元素氧化为可溶性金属阳离子，仅形成可溶性配体或可溶性络合物即可满足后续的测试要求，因此，该过程无需采用微波消解，便可实现样品中杂质元素的精确检测。

16、作为一项优选的方案，所述惰性气体为氮气、氩气和氦气中的至少一种。

17、作为一项优选的方案，所述惰性气体的流量为0.1～0.7ml/min。

18、作为一项优选的方案，上述的检测方法中还包括优化过程，所述优化过程为：通过痕量分析测试高纯锑中的杂质元素，并对步骤4)所得结果进行对比校正。

19、作为一项优选的方案，所述痕量分析为高分辨辉光放电质谱分析。

20、作为一项优选的方案，所述在线引入惰性气体稀释通过以下装置实现，所述装置包括：保温壳体(10)，保温壳体(10)的一端开口，另一端设置半导体致冷块(9)；样品进样管(1)与固定于雾化室紧固盖(3)上雾化器(2)和雾化室(4)依次连通，雾化室紧固盖(3)紧密贴合在保温壳体(10)开口的一端，雾化室(4)内置于保温壳体(10)；所述壳体上端设有垂直正交的惰性气体引入口(5)和气溶胶入口(6)，壳体下端设有废液出口(8)；所述壳体内部设有支撑架(7)支撑雾化室(4)。

21、作为一项优选的方案，所述雾化器(2)和雾化室(10)为同心连通。

22、本发明还提供了一种在线气体稀释装置，包括：保温壳体(10)，保温壳体(10)的一端开口，另一端设置半导体致冷块(9)；样品进样管(1)与固定于雾化室紧固盖(3)上雾化器(2)和雾化室(4)依次连通，雾化室紧固盖(3)紧密贴合在保温壳体(10)开口的一端，雾化室(4)内置于保温壳体(10)；所述壳体上端设有垂直正交的惰性气体引入口(5)和气溶胶入口(6)，壳体下端设有废液出口(8)；所述壳体内部设有支撑架(7)支撑雾化室(4)；所述雾化器(2)和雾化室(10)为同心连通。

23、本发明所提供的在线气体稀释装置基于各组件间的协同作用，首先通过雾化器气体压力“粉粹雾化”样品溶液形成气溶胶，再调整稀释气体压力实现对测试样品的定量稀释。该装置无需额外的试剂或稀释液，也无需对样品进行额外处理，大幅消除了样品基体对测试结果的影响，提高了测试的稳定性和准确性。

24、本发明所提供的在线气体稀释装置通过样品引入管将样品溶液引入雾化器，在同心雾化室外侧引入高压惰性气体，利用气压差所形成的剪切力将样品溶液快速雾化为气溶胶；通过调节惰性气体的压力大小，可准确控制样品溶液的稀释倍数，从而达到最佳的测试效果。装置的致冷模块采用半导体致冷块，可实现气溶胶中水汽的快速冷却成液体和排出，提高气溶胶中的待测元素的占比，从而避免信号偏移，提高测试准确率。

25、相对于现有技术方案，本发明的有益技术效果为：

26、1)本发明所提供的检测方法采用混酸溶解高纯锑样品，加入低中高不同质量数的内标物溶液，通过在线引入氩气稀释，采用标准曲线法内标校正，电感耦合等离子体质谱法测定高纯锑中杂质元素的含量。该方法采用在线气体稀释技术，有效地解决了icp-ms不能忍耐高浓度基体的情况，无需进行基体信号分离，操作方便，分析速度快，检测结果可靠，满足工业生产线上快速检测的需求。

27、2)本发明所提供的在线气体稀释装置基于各组件间的协同作用，首先通过雾化器气体压力“粉粹雾化”样品溶液形成气溶胶，再调整稀释气体压力实现对测试样品的定量稀释。该装置无需额外的试剂或稀释液，也无需对样品进行额外处理，大幅消除了样品基体对测试结果的影响，提高了测试的稳定性和准确性。

28、3)本发明所提供的技术方案中，无需采用微波消解，样品处理简单，可对样品气溶胶进行在线精准稀释，从而实现了icp-ms测试对高基体直接进样的兼容性，整体过程操作方便，检测速度快，所得结果准确可靠，可实现高纯锑生产过程中连续化在线检测。