有色金属质量控制系列：高纯金属基体的ICP-OES分析
伦敦金属交易所有色金属质量控制系列（3）高纯金属基体的ICP-OES分析
我们在1月份连续推出了《伦敦金属交易所有色金属质量控制系列 —— 高纯基体金属的 ICP-OES 分析》（1）Avio 500 分析金属镍中的杂质和（2）Avio 500 分析金属铅中的杂质，介绍了伦敦金属交易所对金属镍和铅中的杂质要求，以及珀金埃尔默 Avio ICP-OES 在相关检测中表现出来的优异的干扰消除能力、检出能力、稳定性，可靠性和准确性等，以及明显降低仪器运行成本的Ar低消耗量。本期我们将继续介绍系列的第三部分《高纯基体金属的 ICP-OES 分析（3）Avio 200 分析金属铝中的杂质》，了解伦敦金属交易所对金属铝的标准规范，以及 Avio ICP-OES 在检测方面表现出来的多种优异性能，特别是在波长稳定性和光谱分辨率上的表现。
金属铝（Al，英文Aluminium，原子序数为13，原子量26.98）。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。铝及其合金的独特性质能够满足航空、建筑、汽车三大重要工业发展所要求的材料特性，使得金属铝的生产和应用极为广泛。伦敦金属交易所发布了两种规格的金属铝（99.5%纯度和99.7%纯度）的杂质要求，表 1 列举了对其中一种铝（99.7%纯度）中杂质的要求；同时，也将中国国标对铝锭中杂质的要求也列入表中（GB/T 1196-2008）。
表 1. 伦敦金属交易所 99.7% 纯度金属铝中的杂质要求
样品
样品以 5% 硝酸（v/v）消解，所有分析在 1% Al 溶液中进行（与样品消解后的溶液介质接近），并按照其对杂质元素含量的规定进行加标回收实验。
标准工作曲线
用 5% 硝酸（v/v）溶液配制浓度水平为 0.5，2.0 和 8.0 ppm 的混合标准溶液（含相应 Sc 作为内标），方法设置中使用“添加方法-样品截距”作为校准计算方法克服等离子体中的基质效应。
仪器
珀金埃尔默 Avio 200 ICP-OES，仪器参数、实验条件设置见表 2；各杂质元素的测定波长见表 3。标准进样系统配置和参数用于所有分析。矩管位置设置为 -3。在考虑氩气（Ar）成本时，Avio 200 的低氩气消耗可以大大节省成本。
表 2. Avio 200 ICP-OES 仪器参数和实验条件
表 3. 各杂质元素的测定波长
回收率
浓度如表 1 所示的杂质元素混合标准溶液加到 1% Al 溶液中的回收率均在 ±5% 以内，结果如图 1 所示，表明能够准确检测低浓度的杂质元素。
图 1. 杂质元素混合标准溶液在 1% 浓度 Pb 溶液中的加标回收率
仪器稳定性
通过 4 小时连续分析 1% Pb 溶液中内标物 钪（Sc）的光谱信号强度的变化考察仪器的稳定性，结果见图 2，信号强度的波动在 ±4% 以内，表明仪器有着良好的稳定 。
图 2. 1% Al 溶液中内标物钪（Sc）的光谱信号强度变化
方法检出限
方法检出限定义为连续 7 次测量 1% Al 溶液中各杂质元素测量值的标准偏差的 3 倍，结果如图 3 所示，表明方法的检出限符合金属镍标准规范要求。
图 3. 1% Al 溶液中各杂质元素的检出限（深蓝色）和伦敦金属交易所金属铝标准规范要求（浅蓝色，按 100 倍稀释 99.70% 纯 Al 计算）
Avio ICP-OES的波长稳定性和光谱分辨率
1. Avio ICP-OES 具备极佳的波长稳定性（图 4）
在 < 1 nm 波段内进行波长校正，具有极好的波长稳定性，不需要外界恒温即可进行样品测定
热气流循环恒温，温度恒定 38 ± 0.01°C，波长变化率 < 0.00025 nm/小时
所有光学元件安置在基座上成为一个整体，没有任何易动元件
图 3. 10 – 35 °C 环境下连续测量 20 小时的波长稳定性
2. Avio ICP-OES 具备极佳的光谱分辨率
紫外与可见光完全分开，同时检测
谱线清晰，杂散光极少，检测器边缘亦具有与中间相同的分辨率
独有的三狭缝设计，对干扰较小的谱线，可用宽的狭缝以获得更高的光通量；对干扰较大的谱线，可用窄的狭缝以获得更好的光谱分辨信息
采用大面积光栅，有极好的色散率，即使在 200 nm处也可获得优异的光学分辨率（图 4）
图 4. 每一根谱线由 1 – 30 个像素组成, 在 200 nm 处的分辨率可达 0.003 nm
结论
本文证明了珀金埃尔默 Avio ICP-OES 可以对高纯 Al 中的杂质元素进行准确分析，符合伦敦金属交易所对高纯金属 Al 的要求。Avio ICP-OES 在实验过程中显示了优异的波长稳定性和光谱分辨率。
