電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定錫鉛焊料中11種微量元素

馬 麗

(1 北礦檢測(cè)技術(shù)有限公司，北京 102628；2 金屬礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與分析檢測(cè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102628)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定錫鉛焊料中11種微量元素

馬 麗1,2

(1 北礦檢測(cè)技術(shù)有限公司，北京 102628；2 金屬礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與分析檢測(cè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102628)

根據(jù)目前市場(chǎng)上常見(jiàn)錫鉛焊料中主元素的特性(錫含量范圍0.X%～95%，鉛含量范圍X%～99%)，合理選擇了有效的樣品前處理方法。參考鑄造錫鉛焊料牌號(hào)及化學(xué)成分和儀器工作條件，確定了待測(cè)元素的測(cè)定范圍。應(yīng)用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法同時(shí)測(cè)定錫鉛焊料中銻、鉍、鐵、砷、銅、銀、鋅、鋁、鎘、磷、金11種元素的含量，方法操作簡(jiǎn)單。選擇了合適的分析譜線，進(jìn)行了基體元素對(duì)待測(cè)元素以及各待測(cè)元素之間的干擾研究，基體效應(yīng)小，各待測(cè)元素之間基本無(wú)干擾，11次獨(dú)立的測(cè)定數(shù)據(jù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.0%～11.3%，方法的加標(biāo)回收率為90.2%～105%。完全能滿足現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中對(duì)錫鉛焊料雜質(zhì)元素的測(cè)定要求。

主元素特性；錫鉛焊料；電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜；干擾研究

引言

錫和鉛作為錫鉛焊料中不可缺少的主量元素，鉛的存在使錫的熔點(diǎn)降低，改善了錫的性能；機(jī)械性能得到改善從而改善了焊料的潤(rùn)濕性。鉛的存在還起到了防氧化的作用，減少了焊料的氧化量。錫和鉛作為青銅的重要成分，從古至今一直得到廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)代電子工業(yè)中，錫鉛焊料仍然作為重要的材料被廣泛使用。錫鉛焊料中雜質(zhì)元素的存在，對(duì)其機(jī)械性能和可焊性具有不可忽視的影響。所以制定出適合當(dāng)前市場(chǎng)上錫鉛焊料中多元素分析的方法，準(zhǔn)確并快速地測(cè)定錫鉛焊料中各種雜質(zhì)元素，具有非常重要的意義。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[1]和部分文獻(xiàn)[2-4]中描述了ICP-AES法測(cè)定錫鉛焊料中相關(guān)元素的分析方法，方法繁瑣，不易操作，且溶樣方法已不適用于當(dāng)前廣泛意義上的錫鉛焊料。本文對(duì)云南錫業(yè)股份有限公司提供的大量錫鉛焊料樣品中雜質(zhì)含量進(jìn)行了調(diào)研，并參考鑄造錫鉛焊料牌號(hào)及化學(xué)成分[1]和ICP-AES的儀器工作條件。找到了一種能高效溶解樣品的方法，選擇了合理的銻、鉍、鐵、砷、銅、銀、鋅、鋁、鎘、磷、金11種雜質(zhì)元素的含量測(cè)定范圍[5-6]。方法簡(jiǎn)單易操作，并獲得了較好的精密度和準(zhǔn)確度，能同時(shí)適用于錫含量高達(dá)95%或者鉛含量高達(dá)99%的錫鉛焊料中雜質(zhì)元素含量的分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器和工作條件

Agilent Technologies 700-ES電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(安捷倫科技公司)；ICP ExpertTMII操作軟件。

高頻發(fā)生器功率1.15 kW，觀察高度10 mm，等離子氣流量15 L/min，霧化氣流量0.60 L/min，輔助氣流量1.5 L/min，一次讀數(shù)時(shí)間：6 s。

1.2試劑

鉍、鐵、砷、銅、銀、鋅、鋁、鎘、磷、金單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 000 mg/L，鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司)、銻標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(500 mg/L，鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司)；混合系列標(biāo)準(zhǔn)溶液：各元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液根據(jù)各元素測(cè)定范圍配制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液(鹽酸體積分?jǐn)?shù)10%)。

分析過(guò)程所用試劑均為優(yōu)級(jí)純?cè)噭盟鶠檎麴s水或去離子水。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

稱取0.25 g(精確至0.000 1 g)試料置于200 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入25 mL水、1 mL鹽酸、5 mL硝酸，蓋上表面皿，搖勻，低溫加熱分解完全，蒸至溶液體積約20 mL，取下稍冷，用少量鹽酸(1+9)洗滌表面皿和杯壁，移入50 mL容量瓶中，用鹽酸(1+9)定容并混勻。

所得試液為待測(cè)試液1，隨同試樣做空白實(shí)驗(yàn)。移取5 mL待測(cè)試液1于50 mL容量瓶，加入5 mL鹽酸，以水定容并混勻，所得試液為待測(cè)溶液2。于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀上，在選定的儀器工作條件下按照元素測(cè)定含量的需要對(duì)待測(cè)溶液1或2與標(biāo)準(zhǔn)溶液同時(shí)進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1樣品溶解方法的選擇

由于本方法針對(duì)的錫鉛焊料包含錫含量高達(dá)95%和鉛含量高達(dá)99%的樣品，給選擇合適通用的溶樣方法帶來(lái)了難度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法和本實(shí)驗(yàn)選擇的方法分別用于相關(guān)樣品分析后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見(jiàn)表1。

針對(duì)表1中樣品溶解的現(xiàn)象，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法溶解錫含量高的樣品，由于鹽酸總量不夠會(huì)導(dǎo)致溶液水解渾濁，樣品溶解不完全。對(duì)于鉛含量高的樣品，由于鹽酸濃度太高，形成氯化鉛包裹錫鉛焊料樣品，導(dǎo)致樣品與酸溶液不能充分接觸而溶解不完全。本方法加入適量的鹽酸，使錫高的樣品能夠充分溶解且溶液清亮；在加入酸之前加入適量水，降低鹽酸酸度使高鉛能夠完全溶解，沒(méi)有出現(xiàn)氯化鉛包裹樣品的現(xiàn)象。所以，本方法可以同時(shí)適用于含鉛高和含錫高的錫鉛焊料樣品的分析。

2.2分析譜線的選擇

對(duì)一定量的具有代表性的錫鉛焊料樣品進(jìn)行基體元素含量分析，綜合考慮高含量錫基體和鉛基體對(duì)測(cè)定元素的干擾情況以及各待測(cè)定元素之間的干擾情況，最終確定了各元素的分析譜線見(jiàn)表2。

表1 不同樣品溶解方法的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較Table 1 Comparison of the experimental phenomenons by different digestion methods

表2 分析譜線Table 2 Spectral lines

選擇合適的扣背景位置，所選用的分析線基本無(wú)光譜干擾。但對(duì)于Sb的測(cè)定，合適的譜線有206.834 nm和217.582 nm，對(duì)于217.582 nm譜線受鉛嚴(yán)重干擾，所以不宜選用；206.834 nm附近206.858 nm有Sn的干擾峰存在。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)錫鉛焊料代表樣品的基體元素含量進(jìn)行了一系列的基體干擾實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，5 mg/mL錫基體、5 mg/mL鉛基體以及3 mg/mL錫和3 mg/mL鉛混合基體分別對(duì)5.00 μg/mL Sb和0.50 μg/mL其它各待測(cè)元素的測(cè)定基本無(wú)干擾。對(duì)于各待測(cè)元素，5倍量的其它共存元素不干擾其測(cè)定。

根據(jù)以上干擾情況，結(jié)合鑄造錫鉛焊料牌號(hào)及化學(xué)成分含量和大量錫鉛焊料樣品中實(shí)際雜質(zhì)含量情況，確定待測(cè)元素的測(cè)定含量范圍見(jiàn)表3。

表3 測(cè)定范圍Table 3 Measuring range

2.3線性范圍和檢出限

采用空白試液和5個(gè)混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液繪制各待測(cè)元素的工作曲線(相關(guān)系數(shù)均大于0.999)，同時(shí)測(cè)定11份試劑空白，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差為檢出限，結(jié)果見(jiàn)表4。表4結(jié)果表明，各元素的檢出限均能滿足方法中的最低濃度要求。

表4 檢出限Table 4 Detection limit

2.4精密度實(shí)驗(yàn)

選取樣品A和B，按1.3實(shí)驗(yàn)方法對(duì)其中11種元素進(jìn)行獨(dú)立的11次測(cè)定，得到11個(gè)測(cè)定值，計(jì)算其平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差，方法的重現(xiàn)性結(jié)果見(jiàn)表5。

表5中數(shù)據(jù)可以看出，使用該方法測(cè)定的樣品的結(jié)果精密度較好，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.0%～11.3%。該方法溶解樣品完全，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好。

2.5準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

按照1.3實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)樣品B中Bi、Fe、As和樣品A中Sb、Cu、Zn、Al、Cd、Au、P、Ag進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，加標(biāo)回收結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可見(jiàn)，該方法的加標(biāo)回收率較高，在90.2%～105%之間。待測(cè)樣品并沒(méi)有被沉淀(氯化鉛)吸附而都保留在溶液中，表明該方法準(zhǔn)確度較高。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用水、鹽酸和硝酸適量配比的混合酸溶液溶解樣品，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法同時(shí)測(cè)定錫鉛焊料樣品中11種雜質(zhì)元素，方法同時(shí)適用于錫含量范圍為0.X%～95%或鉛含量范圍為X%～99%的錫鉛焊料樣品，流程操作簡(jiǎn)單，方便快速，精密度高，準(zhǔn)確性好。與流程長(zhǎng)、不易操作的傳統(tǒng)方法相比，大大地提高了分析檢測(cè)的效率，并能同時(shí)適用于高錫或高鉛錫鉛焊料的分析，滿足了當(dāng)前市場(chǎng)上錫鉛焊料樣品分析的需求。

表5 精密度實(shí)驗(yàn)Table 5 Precision tests of the method(n=11) /%

表6 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)Table 6 Recovery tests of the method /%

[1] 全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB/T10574.13—2003 錫鉛焊料化學(xué)分析方法 銅、鐵、鎘、銀、金、砷、鋅、鋁、鉍、磷量的測(cè)定[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.

[2] 賀與平,杜萍,蔡靜,等. ICP-AES法測(cè)定錫鉛焊料中銅鐵鎘鋅鋁鉍[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè) (PhysicalTestingandChemicalAnalysisPartB:ChemicalAnalysis),2004,40(12): 718-720.

[3] 葉曉英,王榮. ICP-AES法測(cè)定錫鉛焊料中的砷元素[J].分析試驗(yàn)室(ChineseJournalofAnalysisLaboratory),2004,23(增刊):239-241.

[4] 羅紅玉,羅勇.電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定錫鉛焊料中的鉛、錫[J].分析儀器(AnalyticalInstrumentation),2010(1):56-58.

[5] 蘇春風(fēng).電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定再生鋅原料中銅、鉛、鐵、銦、鎘、砷、鈣、鋁[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2016,6(1): 53-58.

[6] 韓曉.電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法測(cè)定鉛精礦中9種元素[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2016,6(4):33-37.

Determinationof11TraceElementsContentinTin-leadSoldersbyInductivelyCoupledPlasmaAtomicEmissionSpectrometry(ICP-AES)

MA Li1,2

(1.BGRIMMMTCTechnologyCo.Ltd.,Beijing102628,China;2.BeijingkeyLabofMineralResourcesEvaluationandAnalysis,Beijing102628,China)

According to the characteristics of the main elements in the commercial tin-lead solders (tin content range from 0.X% to 95% and lead fromX% to 99%), an effective digestion method was used to determine the content of minor elements. The range of the elements was determined by reference to the grade and chemical composition of casting tin-lead solders and the working conditions of the instrument. Inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES) was used to determine the content of eleven elements, such as antimony, bismuth, iron, arsenic, copper, silver, zinc, aluminum, cadmium, phosphorus and gold. The sample was completely dissolved, appropriate analytical spectral lines were selected, and the interference from the matrix and the interference between the determined elements was studied. The matrix effect was small, and almost no interference between the determined elements was observed. The relative standard deviation from eleven independent experiments varies between 1.0% and 11.3%, and the recovery rate varied from 90.2% to 105%. The proposed method completely meets the analysis requirements for the impurity element analysis in tin-lead solders.

property of main elements; tin-lead solders; ICP-AES; determination of matrix interference

10.3969/j.issn.2095-1035.2017.03.013

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2017)03-0051-04

2017-01-14

2017-04-28

馬麗，女，工程師，主要從事礦石及有色金屬中雜項(xiàng)元素的分析研究。E-mail:mary791012@163.com

本文引用格式：馬麗.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定錫鉛焊料中11種微量元素[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué),2017,7(3):51-54. MA Li. Determination of 11 Trace Elements Content in Tin-lead Solders by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES)[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry, 2017,7(3):51-54.