复杂体系材料辉光放电质谱干扰及其校正的研究

摘要

冶金材料以其优越的性能被广泛的应用于各个领域。材料中的主量、次量乃至痕量成分对材料的性能都有着重大影响，因此必须对材料中各元素的含量严格控制和准确检测，然而冶金材料是一个含有大量基体及主体合金成分的复杂体系，分析时存在着严重的相互干扰，给准确测定其中的成分带来了很大的困难。本论文对辉光放电质谱(GDMS)的干扰及其校正方法进行了深入研究；并将其分别应用于高温合金中痕量元素和钢铁及高温合金中常量元素的质谱干扰校正中；对于复杂体系的样品，建立了一种新的内标方法(氩内标法)，并将其应用于辉光放电质谱法的样品分析中。 在辉光放电质谱法分析复杂体系样品时，其首要问题是对质谱干扰进行校正。对放电气体、空气、样品中的基体元素及合金元素等形成的质谱干扰进行了全面系统的研究，着重研究了同量异位素干扰、多电荷离子干扰以及多原子离子干扰。深入研究了冶金材料中各元素的质谱干扰情况。针对不同类型的干扰提出相应的校正方法加以消除，并对各种校正方法的特点、应用对象以及可能存在的问题进行了总结。 由于高温合金样品成分复杂，辉光放电质谱法分析高温合金中的痕量元素时存在严重的质谱干扰。通过对高温合金中痕量元素质谱干扰的考察，选择合适的同位素用以分析，并对被干扰的元素给出相应的校正方案。经过干扰校正后，成功地测定了高温合金中B、Mg、Ga、As、Ag、In、Sn、Sb、Te、T1、Pb、Bi等痕量元素。分析结果与用其他分析方法测定的参考值吻合的较好，大部分元素的RSD值小于20％，所有这些表明有效地消除了高温合金中痕量元素质谱干扰的影响。 钢铁及高温合会材料的品种多、成分变化大，分析时基体效应大、元素间相互干扰严重。对中低合金钢、不锈钢和高温合金样品中常量元素的质谱干扰进行了深入地研究。在分析不同类型的样品时，根据样品的基体、成分含量等实际情况选用合适的同位素用于分析。对存在干扰的Ti、Mo等元素采用相应的校正方法进行干扰校正，成功地消除了干扰影响。在对元素含量实现准确测定的同时，分析结果具有良好的精密度，可以认为很好的实现了对钢铁及高温合金材料中常量元素的质谱干扰校正。 为了克服辉光放电质谱法分析时基体内标法的缺点，提出一种新的内标方法(氩内标法)，并详细地研究了氩内标法在辉光放电质谱法测定复杂体系材料中的应用。对氩离子及其形成的双原子离子、三原子离子的强度和干扰情况比较后，选择氩的双原子离子(<'78>Ar<,2><'+>)为内标。考察了辉光放电电流和放电电压对氩内标质谱行为的影响。氩内标离子强度与基体内标离子强度的关系显示氩内标与基体内标对样品分析有相同的校正作用。实验表明，采用氩内标可以有效地减小分析样品间不同、放电条件波动等对分析结果造成的影响。分析结果比较表明，氩内标与基体内标对分析结果具有相同的校正作用，都有满意的结果。采用氩内标可对未知基体含量的复杂体系样品中的元素准确地测定，并具有良好的精密度。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1复杂体系材料的元素分析—冶金分析的前沿

1.1冶金分析的重要性及面临的难题

1.2冶金分析方法的现状

1.3复杂体系材料干扰问题的解决

2辉光放电质谱及其在冶金分析中的应用

2.1辉光放电的基本原理

2.2仪器及其进展

2.3半定量和定量分析

2.4 GDMS在冶金分析中的应用

3辉光放电质谱干扰及其干扰校正的现状

3.1质谱干扰

3.2干扰校正的现状

4质谱分析中的内标校正

4.1内标校正的作用

4.2溶液样品中内标的选择

4.3固体样品中内标的选择

5本论文的创新点及主要研究内容

参考文献

第二章辉光放电质谱法的质谱干扰及其校正方法的研究

1质谱干扰

1.1放电气体及空气等形成的干扰

1.2样品中同量异位素重叠形成的干扰

1.3基体及合金元素形成的多电荷离子干扰

1.4基体及合金元素形成的多原子离子干扰

2冶金材料中各元素的质谱干扰

3质谱干扰的校正

3.1选择不受干扰的同位素

3.2利用同位素的丰度比例关系扣除

3.3样品基体匹配

3.4选择不受干扰的部分峰

3.5建立工作曲线扣除

3.6进行多元回归扣除

4小结

参考文献

第三章GDMS质谱干扰校正在复杂体系材料测定中的应用

1实验部分

1.1仪器及工作参数

1.2标准样品及参考样品

1.3实验方法

2高温合金中痕量元素的质谱干扰校正

2.1质谱干扰

2.2各元素的干扰情况及采用的校正方法

2.3干扰校正

2.4高温合金样品中痕量元素的测定

3钢铁及高温合金中常量元素的质谱干扰校正

3.1质谱干扰

3.2不同材料中元素的干扰情况及采用的校正方法

3.3干扰校正

3.4校准方程

3.5样品分析

4小结

参考文献

第四章氩内标在辉光放电质谱法测定复杂体系材料中的应用

1实验部分

1.1仪器及工作参数

1.2标准样品

1.3实验方法

2结果与讨论

2.1基体内标法存在的问题

2.2氩内标法的优势

2.3氩及其形成的分子离子

2.4氩内标(78Ar2+)的质谱行为研究

2.5氩内标离子强度与基体内标离子强度的关系

2.6内标的校正作用

2.7样品分析

3小结

参考文献

结论与展望

附录

致谢

附：科技查新报告