
鉬(Mo)是一種難熔性金屬元素,主要用作鑄鐵、鋼材和超合金的合金添加劑,用于提升淬透性、強度、韌性、耐磨及耐腐蝕性能,并且可用于石油和天然氣產業。高純鉬及其化合物廣泛應用于閃爍體材料的合成。這類材料的閃爍性能很大程度上取決于其痕量金屬成分。因此,對閃爍體及其前驅體純度的要求正不斷提高。1
由于所需測定的污染物濃度較低,因此電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)成為分析方法。然而,由于基體元素(MO+、MOH+、MH+、MOH2+)在等離子體中易形成多原子離子質譜干擾,導致ICP-MS分析面臨挑戰。以鉬為例,其很容易形成氧化物,其質荷比會直接干擾鎘同位素(表4)。
在本文中,使用珀金埃爾默NexION? 5000多重四極桿ICP-MS直接測定高純鉬中的21種痕量元素,使用純氨和氧氣作為反應氣體,有效消除干擾,有助于檢測痕量元素。
實驗設計
樣品和標準溶液制備
?稱取約0.250 g(精確到0.0001 g)的高純鉬(中國陜西金堆城鉬業股份有限公司)至50 mL PFA瓶中,然后加入4 mL超純水和4 mL王水 [55% HNO3(TAMAPURE-AA-10,55%,日本Tama Chemicals),37% HCl(中國江蘇蘇州晶瑞化學股份有限公司)]。通過熱板將混合物在100°C下加熱3分鐘,蓋上瓶蓋但不要蓋緊,然后冷卻至室溫。隨后用超純水定容至50 mL。為進行ICP-MS分析,將該溶液進一步稀釋5倍,使溶液中鉬的總濃度達到1000 ppm。
?采用外標法分析高純鉬樣品溶液中的21種元素。將ICP-MS級單元素標準品和多元素標準品(參見“所用耗材"表)在0.4% HNO3和1.2% HCl稀釋液中稀釋,制備校準標準品。本文所用的校準標準品濃度如表1所示。
?該內標溶液為含有50 μg/L鎵(Ga)、30 μg/L銠(Rh)、銫(Cs)和錸(Re)的1% HNO3溶液。內標液由1000 ppm的Ga、Rh、Cs 和Re儲備標準品(珀金埃爾默公司)配制而成,并通過在線方式加入所有標準溶液和樣品溶液中,從而省去了手動添加的步驟。
表1.校準標準品的分析物濃度

儀器
?所有分析均采用珀金埃爾默NexION 5000化學高分辨多重四極桿ICP-MS(cleanroom model),該儀器的詳細信息見NexION 5000產品說明2。分析過程中使用了標準模式、MS/MS模式和質量轉移模式。
?通用池中使用反應氣體(NH3和O2)消除干擾,并且儀器由四極桿構成的池技術,具有動態帶寬質量調諧功能,能夠有效抑制池內副反應的產生。實驗中同時使用了MS/MS和質量轉移模式。在MS/MS模式下,Q1和Q3設置為相同質量數,干擾物與反應氣體發生反應。在質量轉移模式下,Q1和Q3設置為不同質量數,其中分析物作為與反應氣體反應的子離子進行測量。標準模式下測量了一些沒有質譜干擾的元素。所有儀器參數列于表2。
表2.NexION 5000 ICP-MS的儀器參數

向下滑動查看表2全部內容
全基體進樣系統(AMS)的進樣模塊3在霧化室出口和中心管底部之間添加小流量氬氣。該氣流能稀釋和風干氣溶膠并提高等離子體溫度,產生更穩定的等離子體,從而更好分析高基體Mo。
儀器優化
?在進行樣品分析之前,儀器已按照靈敏度和氧化物以及雙電荷離子比進行了調整。應該注意的是,新的或新清潔的錐需要在優化前進行老化。在本文中,通過吸入1000 ppm Mo溶液來調節錐體,并監測不同模式下的內標響應,直到信號穩定。然后在開始樣品運行之前,通過吸入0.4% HNO3和1.2% HCl然后吸入超純水來清洗系統。
?按照儀器操作手冊,優化池氣流以獲得檢測限。4標準和反應模式中所測分析物均使用默認RPq,以簡化方法開發。表3列出了用于分析的元素、同位素和氣體流量。
表3.元素和分析模式

(點擊查看大圖)
結果和討論
在1000 ppm Mo溶液中,主要受基體干擾的元素為Ag、Cd、In、Te和Ce。所有干擾元素列于表4。
表4.1000 ppm Mo溶液中的受干擾元素

(點擊查看大圖)
?盡管109Ag會受到92Mo16OH的干擾,但由于107Ag在質量數107處不存在干擾,因此可以選擇其進行分析。
?有許多不同質量數的Ti可用于分析,但表4中的每個Ti同位素都受到Mo雙電荷干擾。Ti可以與NH3快速反應,意味著可以通過質量轉移模式使用NH3反應氣測定Ti。圖1a中,1000 ppm Mo溶液中存在NH3的情況下,質量數131處未出現峰。圖1b中,1000 ppm Mo溶液中加標2.5 ppb Ti時,質量數131出現一個強峰 ,對應離子48TiNH(NH3)4+。因此,使用NH3通過質量轉移模式可以顯著降低干擾的影響。1000 ppm Mo溶液中的低Ti值(69 ppt)表明已消除大部分或全部干擾。
向下滑動查看圖1全部內容(點擊查看大圖)
?對于Cd而言,盡管質量數106處不存在基體干擾,但由于106Cd的豐度較低,僅為1.249%,其檢測能力受限。 Ma報告NH3可有效消除鎳基合金中Mo對Cd的干擾。由于111Cd是沒有同量異位素干擾的Cd同位素,因此選擇它進行分析。將NH3作為反應氣體進行評價,因為它與95Mo16O有效地反應,但與Cd僅緩慢地反應,這意味著可以用NH3在MS/MS模式下測定Cd。
?圖2a中,使用標準模式掃描1000 ppm Mo溶液時,質量數111處會出現峰,對應95Mo16O+ 和94Mo16OH+。在圖2b中,95Mo16O+和94Mo16OH+與NH3反應形成更高質量數的產物,質量數111處的峰幾乎消失。圖2c中,1000 ppm Mo溶液中加標2.5 ppb Cd時,質量數111出現一個強峰,對應離子111Cd+。因此,通過MS/MS模式使用NH3可以顯著降低干擾的影響,剩余信號對應于11 ppt Cd(表5)。1000 ppm Mo溶液中的低Cd值表明已消除大部分或全部干擾,并且基體中可能存在一些Cd雜質。
向下滑動查看圖2全部內容(點擊查看大圖)
?與Cd相似,In也會受到96Mo16OH+和98Mo16OH+的干擾。將NH3作為反應氣體進行評價,因為它與干擾離子有效地反應,但與In僅緩慢地反應,這意味著可以用NH3在MS/MS模式下測定In。
?有許多不同質量數的Te可用于分析,但表4中的每個Te同位素都受到Mo基質的干擾 。 由于128Te的豐度為31.69%且干擾相對較低,因此使用128Te進行分析。128Te會受到96Mo16O2和94Mo16O2H2的直接干擾。Te不與NH3反應,意味著可以通過MS/MS模式使用NH3反應氣測定Te。如圖3a所示,96Mo16O2和94Mo16O2H2與NH3反應形成更高質量數的產物離子。128處對應于7 ppt Te的峰幾乎消失。在圖3b中,1000 ppm Mo溶液中加標2.5 ppb Te時,在質量數128處出現一個對應于128Te+的強峰。使用NH3通過MS/MS模式可以顯著降低干擾的影響。
向下滑動查看圖3全部內容(點擊查看大圖)
?由于140Ce的豐度為88.45%且干擾相對較低,因此使用140Ce進行分析。Ce可以與O2快速反應,意味著可以通過質量轉移模式使用O2反應氣測定Ce。圖4a中,當池氣體為O2時,1000 ppm Mo溶液中在質量數156處未出現峰。圖4b中,1000 ppm Mo溶液中加標2.5 ppb Ce時,質量數156出現一個強峰,對應離子140CeO+。因此,使用O2通過質量轉移模式可以顯著降低干擾的影響。1000 ppm Mo溶液中的低Ce值(<2 ppt)表明已消除大部分或全部干擾。
向下滑動查看圖4全部內容
使用建立的方法對1000 ppm Mo溶液進行分析,結果如表5所示。通過加標Mo溶液的回收率對該方法的準確性進行了驗證。如圖5所示,回收率測試顯示所有分析物的回收率均在±10%范圍內,結果優異。
表5.Mo中目標元素的濃度
向下滑動查看表5全部內容

圖5.1000 ppm Mo溶液中的加標回收率。
結論
本文的結果表明,NexION 5000 ICP-MS能夠直接測量高純Mo中的21種元素。通過聯合使用能夠控制反應的專有真四極桿通用池以及多重四極桿技術以確保不形成新干擾,純氨反應氣體可用于消除基體對Cd、In、Ti和Te的干擾,氧氣反應氣可用于消除基體對Ce的干擾,確保結果準確。NexION 5000 ICP-MS穩定的儀器設計可以分析高濃度和具有挑戰性的基體。
所用耗材
向下滑動查看耗材全部內容
參考文獻
1. P. Lecoq. et al, “Influence of the Crystal Structure Defects on Scintillation Properties", Berlin, Springer, Heidelberg, 2006.
2. “NexION 5000 Multi-Quadrupole ICP-MS", PerkinElmer Product Note, 2020.
3. “All Matrix Solution System for NexION ICP-MS Platforms", PerkinElmer Technical Note, , 2023.
4. NexION? Software Guide, PerkinElmer.
立即詢價
您提交后,專屬客服將第一時間為您服務