中國(guó)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(cè)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(dá)到要求。目前普遍采用的測(cè)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(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)金屬元素具有良好的檢出限，可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)數(shù)種元素同時(shí)進(jìn)行測(cè)定。
ICP-OES（圖源：中科院過程工程研究所）
但是，目前用ICP檢測(cè)美國(guó)尤尼明公司產(chǎn)品的雜質(zhì)含量比該公司在文獻(xiàn)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(guó)在低雜質(zhì)檢測(cè)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(rèn)為，在ICP檢測(cè)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(cè)試條件等都可以成為影響檢測(cè)結(jié)果的重要因素。因此，開展高純石英產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)研究，建立相應(yīng)的質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，是我國(guó)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(cè)的理論認(rèn)識(shí)
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(cè)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(cè)效果的關(guān)系，取得了以下理論認(rèn)識(shí)：
(1)高純石英質(zhì)量的ICP檢測(cè)技術(shù)包括試樣制備和儀器檢測(cè)兩大部分，其技術(shù)關(guān)鍵是試樣的消解和溶礦制備。因?yàn)�，通過實(shí)驗(yàn)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(cè)效果的關(guān)系明顯，并對(duì)檢測(cè)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(jí)(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(diǎn)和對(duì)純度要求，在整個(gè)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(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)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(cè)誤差。
石英微量雜質(zhì)測(cè)定方法
在高純石英的制備過程中，通過對(duì)石英中各微量元素的檢測(cè)來分析石英的純度。目前，常用的測(cè)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(cè)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(gè)或多個(gè)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(cè)量范圍達(dá)6個(gè)數(shù)量級(jí)，并且每種元素測(cè)定時(shí)間非常短，非常適合多種元素的同時(shí)測(cè)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(gè)電子從而得到了一價(jià)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(cè)該離子的強(qiáng)度，經(jīng)過計(jì)算得到最終的元素含量。在LA-ICP-MS檢測(cè)中，要控制激光的能量與波長(zhǎng)，否則會(huì)將石英破碎。這種測(cè)量手段還有一個(gè)缺點(diǎn)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(cè)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(zhǔn)確度無損分析，即便是在如加大加速電壓及束流的特殊測(cè)試條件下，其對(duì)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(jiǎn)化程序和定量校準(zhǔn)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(guó)科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）
其缺點(diǎn)是檢測(cè)限較高，在常規(guī)測(cè)試條件下，主量元素分析精度約1%～2%(相對(duì)誤差)，檢測(cè)限為100×10-6級(jí)。在特殊測(cè)試條件下，部分元素的檢測(cè)限可以降至10×10-6級(jí)，但都存在分析時(shí)間較長(zhǎng)的缺陷，導(dǎo)致分析效率降低。當(dāng)元素含量為100×10-6級(jí)及以下時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度及精確度有待提高；另外，受操作運(yùn)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(duì)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(cè)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(dòng)態(tài)范圍，可以一次性測(cè)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(jìn)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(cè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。
GDMS（圖源：中國(guó)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(cè)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(gè)尺寸為1mm×8mm的狹縫，每個(gè)狹縫間隔1mm。實(shí)驗(yàn)還考察了放電參數(shù)對(duì)基體信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)穩(wěn)定性、基體和鍺罩信號(hào)比的影響。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)在1.3mA/1350V的放電參數(shù)下，28Si的信號(hào)強(qiáng)度可達(dá)1.3×109cps，放電穩(wěn)定，硅、鍺的信號(hào)比為1∶40。按照實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定高純石英樣品中鋰、鈹、硼、鈉、鎂、鋁、硫、鈦、銅，結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=5)均在30%以內(nèi)；還對(duì)比了鍺罩、鉭罩對(duì)高純石英測(cè)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(cè)定結(jié)果差異較大以外，其余元素測(cè)定結(jié)果基本一致。采用鍺罩測(cè)定高純石英中雜質(zhì)元素的檢出限可達(dá)ng/g級(jí)別，低于采用鉭罩的檢出限。
參考資料：
汪靈等：我國(guó)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(guó)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(cè)定高純石英中９種雜質(zhì)元素，國(guó)家稀散金屬工程技術(shù)研究中心
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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