中國粉體網(wǎng)訊 近年來，隨著新能源和新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展,，高純石英引起了人們的極大關(guān)注,。由于高純石英純度高（SiO2含量>99.9%），需要測試的元素種類較多,，常用的分析化學(xué)法和Ｘ射線熒光光譜法(XRF)均難以達到要求,。目前普遍采用的測試方法是電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)，該方法具有靈敏度高,、精確度好,、基體效應(yīng)小、選擇性高,、標準曲線線性范圍寬等優(yōu)點,，對金屬元素具有良好的檢出限,，可以在短時間內(nèi)對數(shù)種元素同時進行測定。
ICP-OES（圖源：中科院過程工程研究所）
但是,，目前用ICP檢測美國尤尼明公司產(chǎn)品的雜質(zhì)含量比該公司在文獻上公布的最大雜質(zhì)含量(31.1×10-6)數(shù)據(jù)大多偏高,，表明目前我國在低雜質(zhì)檢測技術(shù)上尚存在一些問題。據(jù)成都理工大學(xué)汪靈教授分析認為,，在ICP檢測中,，由于雜質(zhì)含量很低，加之石英的難溶性,，樣品重量,、制樣方法,、試劑純度和濃度以及測試條件等都可以成為影響檢測結(jié)果的重要因素,。因此，開展高純石英產(chǎn)品質(zhì)量檢測技術(shù)研究,，建立相應(yīng)的質(zhì)量檢測標準,，是我國高純石英技術(shù)發(fā)展的基本保障之一。
高純石英質(zhì)量檢測的理論認識
汪靈教授課題組采用以四川脈石英為原礦加工而成的4N高純石英,，系統(tǒng)研究了檢測樣品消解和溶礦過程中,，試樣重量、試劑組合,、試劑用量,、試劑純度等各種因素與ICP檢測效果的關(guān)系，取得了以下理論認識：
(1)高純石英質(zhì)量的ICP檢測技術(shù)包括試樣制備和儀器檢測兩大部分,，其技術(shù)關(guān)鍵是試樣的消解和溶礦制備,。因為，通過實驗證明,，在試樣制備過程中,，所采用的試樣重量、試劑組合,、試劑用量,、試劑純度等與ICP檢測效果的關(guān)系明顯，并對檢測結(jié)果產(chǎn)生重要的影響,。
(2)試樣消解和溶礦制備的優(yōu)化條件是：高純石英用量≥2000mg,；試劑純度為高純級(MOS或BV-Ⅲ)，試劑組合為HF+HNO3,；濃HNO3分3次使用,，總用量≥5mL；HF用量為25mL,。
(3)根據(jù)高純石英砂加工工藝特點和對純度要求,，在整個試樣制備過程中,，都不能采用鋼篩，以避免產(chǎn)生鐵質(zhì)污染,。另外,，在超凈實驗室條件下進行高純石英試樣消解和溶礦制備，將有利于避免空氣雜質(zhì)污染,、減少檢測誤差,。
石英微量雜質(zhì)測定方法
在高純石英的制備過程中，通過對石英中各微量元素的檢測來分析石英的純度,。目前,，常用的測量方法有激光刻蝕—電感耦合等離子體—質(zhì)譜法（LA-ICP-MS）和電子顯微探針測量法（EMPA）等。
激光刻蝕—電感耦合等離子體—質(zhì)譜法（LA-ICP-MS）
LA-ICP-MS是一種高靈敏度的元素分析儀器,，可用于一個或多個元素的定性定量分析,。它可以在0.1～10μm/mL的范圍內(nèi)有效測量范圍達6個數(shù)量級，并且每種元素測定時間非常短,，非常適合多種元素的同時測定,。
在ICP-MC系統(tǒng)中，ICP作為離子源,，使樣品中的各元素大都電離出一個電子從而得到了一價正離子,。質(zhì)譜作為分析器，通過選擇不同質(zhì)核比（m/z）的離子,，檢測該離子的強度,，經(jīng)過計算得到最終的元素含量。在LA-ICP-MS檢測中,，要控制激光的能量與波長,，否則會將石英破碎。這種測量手段還有一個缺點是空間分辨率較低,，容易被多種元素引發(fā)干擾,。
電子顯微探針測量法（EPMA）
電子探針是目前最適合分析石英微量元素的原位微束分析技術(shù)，具有最高的空間分辨率(幾微米),，采樣體積最小,，能夠?qū)崿F(xiàn)高準確度無損分析，即便是在如加大加速電壓及束流的特殊測試條件下,，其對石英樣品的損傷也是微不足道的,。此外，也已建立該技術(shù)的數(shù)據(jù)簡化程序和定量校準方法,，可以最大程度獲取石英中具有重要指示意義的Ti和Al的高精度成分信息,。
EPMA（圖源：中國科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點實驗室）
其缺點是檢測限較高，在常規(guī)測試條件下,，主量元素分析精度約1%～2%(相對誤差),，檢測限為100×10-6級,。在特殊測試條件下，部分元素的檢測限可以降至10×10-6級,，但都存在分析時間較長的缺陷,，導(dǎo)致分析效率降低。當(dāng)元素含量為100×10-6級及以下時,，測試數(shù)據(jù)的準確度及精確度有待提高,；另外，受操作運行條件,、本底含量以及背景扣除方式影響較大,，通常只能分析原子量相對較大(Na及以上的)且含量較高的Al、K,、Ti,、Fe和Na等元素。
輝光放電質(zhì)譜法(GDMS)
輝光放電質(zhì)譜法(GDMS)作為一種固體分析檢測技術(shù),，和ICP-MS相比,，避免了樣品的消解過程，具有較高的靈敏度,、分辨率和極寬的線性動態(tài)范圍，可以一次性測定從超痕量到主體含量的雜質(zhì)元素,。由于輝光放電質(zhì)譜儀的原子化和離子化是在不同區(qū)域進行的,，因此受基體的影響較小，目前已經(jīng)在超純固體材料檢測中得到了非常廣泛的應(yīng)用,。
GDMS（圖源：中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所）
譚秀珍等采用鍺罩作為二次陰極,，建立了直流輝光放電質(zhì)譜法(dc-GDMS)測定高純石英中鋰、鈹,、硼,、鈉、鎂,、鋁,、硫、鈦,、銅等９種雜質(zhì)元素的方法,。所用鍺罩的厚度為0.25mm，罩上有4個尺寸為1mm×8mm的狹縫,，每個狹縫間隔1mm,。實驗還考察了放電參數(shù)對基體信號強度、信號穩(wěn)定性,、基體和鍺罩信號比的影響,。實驗表明,，當(dāng)在1.3mA/1350V的放電參數(shù)下，28Si的信號強度可達1.3×109cps,，放電穩(wěn)定,，硅、鍺的信號比為1∶40,。按照實驗方法測定高純石英樣品中鋰,、鈹、硼,、鈉,、鎂、鋁,、硫,、鈦、銅,，結(jié)果的相對標準偏差(RSD,n=5)均在30%以內(nèi),；還對比了鍺罩、鉭罩對高純石英測定結(jié)果的影響,，結(jié)果表明,，由于鉭罩中銅含量較大，導(dǎo)致銅測定結(jié)果差異較大以外,，其余元素測定結(jié)果基本一致,。采用鍺罩測定高純石英中雜質(zhì)元素的檢出限可達ng/g級別，低于采用鉭罩的檢出限,。
參考資料：
汪靈等：我國高純石英加工技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展建議,，成都理工大學(xué)
汪靈等：中國高純石英技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展前景，成都理工大學(xué)
龐慶樂等：高純石英的加工技術(shù)及應(yīng)用,，齊魯工業(yè)大學(xué)
王云月等：高純石英原料特征和礦床成因研究現(xiàn)狀綜述,，合肥工業(yè)大學(xué)
譚秀珍等：鍺二次陰極-直流輝光放電質(zhì)譜法測定高純石英中９種雜質(zhì)元素，國家稀散金屬工程技術(shù)研究中心
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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