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紅外光譜法測定硅中的氧

作者:宋檢 時間:2022-10-18 來源:互聯(lián)網(wǎng)

硅是冶金、鑄造、機械制造等行業(yè)的重要原料,硅的純度對制品質(zhì)量影響很大,各行業(yè)對其品質(zhì)的要求越來越高。現(xiàn)在除要求測定鐵、鋁、鈣、碳、硫、磷等雜質(zhì)元素外,還需要測定其中氧的含量[1–2]。


1實驗部分

1.1主要儀器與試劑

1.2儀器參數(shù)

載氣:高純He,流速為400mL/min;動力氣:N2,流速為400mL/min。

1.3實驗原理

利用脈沖爐作熱源,在高溫條件下,樣品在惰性氣氛的石墨坩堝中熔融,氣體元素的化合物被還原分解,樣品中的O,N,H分別以CO,N2,H2的形式釋放,通過氧化銅爐將CO轉(zhuǎn)化為CO2,H2轉(zhuǎn)化為H2O,由載氣(高純He)攜帶經(jīng)過濾、除塵和除水裝置后,以CO2的形式進入紅外檢測器進行檢測。

1.4樣品預(yù)處理

實驗前需將樣品表面氧化層除去,選取新鮮斷面、表面無氧化層的內(nèi)部樣品,制成約0.05g塊狀樣品,*后將制備好的樣品用超聲波清洗儀清洗30s后,立即投入實驗。

1.5助熔劑預(yù)處理

清洗鎳籃時,將盛有混合酸[8]的燒杯加熱至50~60℃,把鎳籃放入燒杯中,約30~60s后取出,用蒸餾水清洗。*后用丙酮在超聲波中清洗30~60s,晾干備用。

2結(jié)果與討論

2.1分析條件建立

2.1.1助熔劑的選擇

助熔劑能增強硅的熔融性,使氣體完全放出,同時可以防止樣品飛濺。鉑是*好的助熔劑,但其價格昂貴。當(dāng)稱樣量為0.05g、功率為4.5kW時,對比幾種不同助熔劑對測定結(jié)果的影響,結(jié)果見表1。

從表1可以看出,對比樣品的釋放情況、熔體情況以及測定結(jié)果的穩(wěn)定性,選擇錫囊和鎳籃的混合物為助熔劑。

2.1.2分析功率的影響

硅的熔點相對較低,*少量SiO2的存在會使樣品的熔點略有升高。對比程序升溫法和一次直接升溫法對實驗結(jié)果的影響,見表2。結(jié)果表明,隨著分析功率的不斷增加,樣品的釋放逐漸增大再逐漸減小,因此同時考慮到釋放情況和測定結(jié)果的穩(wěn)定性,本實驗選擇分析功率為4.5kW。

2.1.3稱樣量的影響

使用高溫套坩堝,以錫囊和鎳籃作助熔劑,分析功率4.5kW,分別稱取0.012,0.025,0.05,0.075g樣品,做稱樣量對測試結(jié)果影響試驗,結(jié)果見表3。由表3可知,去除系統(tǒng)誤差和測量誤差,當(dāng)稱樣量為0.05g時,測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差*小,因此選擇稱樣量為0.05g。

2.2工作曲線

硅中氧的測定沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法和參考物質(zhì),但由于氧的熔點較低且釋放速率較快,可參考鋼鐵中氧的測定標(biāo)準(zhǔn)[9]和參考物質(zhì)進行實驗測定。根據(jù)待測樣品的含量及相應(yīng)的積分面積,選擇不同標(biāo)準(zhǔn)樣品(GBW02609a,GSB03–2467–2008,GSBH20004–90)繪制低氧通道的校準(zhǔn)曲線(未過原點),以積分面積y對氧**量x(μg)進行線性回歸,得線性方程為y=0.46x-0.52,相關(guān)系數(shù)r2=0.998,線性良好,曲線數(shù)據(jù)如表4所示。

2.3空白值的測定

由于樣品稱樣量較少,為了準(zhǔn)確測定硅中氧的含量,獲得低而穩(wěn)定的氧空白值是必要的。氧空白值主要是由石墨坩堝、助熔劑、載氣以及爐膛空白等引起的。實驗結(jié)果表明,不同助熔劑帶來的空白值并不相同,實驗時需根據(jù)不同的助熔劑,按照表5中的數(shù)據(jù)扣除相應(yīng)的空白值。

2.4方法的精密度

在*佳條件下測定硅樣品,平行測定5次,樣品熔體表面光滑,峰形良好,測定結(jié)果見表6。由表6可知,測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.67%,表明方法的精密度較高,能滿足實際生產(chǎn)需求。

2.5加標(biāo)回收試驗

利用GSBH40104–1996標(biāo)準(zhǔn)樣品(氧含量為0.00943%)對硅樣品進行加標(biāo)回收試驗,平行測定5次,測定結(jié)果見表7。

從表7可以看出,樣品的加標(biāo)回收率在94%~104%之間,滿足實驗要求。

3結(jié)語

采用石墨套坩堝,程序升溫,分析功率4.5kW,使用錫囊和鎳籃作為助熔劑,建立了硅中氧的分析方法;采用合適的鋼鐵參考物質(zhì),解決了硅分析中工作曲線建立的問題。該方法準(zhǔn)確可靠,可用于測定硅中的氧。

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