朱敏 许群
伦敦金属交易所(London Metal Exchange,LME)是世界上最大的有色金属交易所，成立于 1876 年，于 2012 年被香港证券交易所英镑收购，成为其全资附属公司。伦敦金属交易所的交易品种主要有铜、铝、铅、锌、镍和铝等，发布的成交价格被广泛作为世界金属贸易的基准价格，其价格和库存对世界范围的有色金属生产和销售有着重要的影响。如同 24K 金与 18K 金的差价一样，不同纯度金属的价格差异明显。因此，伦敦金属交易所对交易金属的纯度有着严格的分级和要求，对检测手段也有着严格的规范。
从本文开始，我们将陆续推出伦敦金属交易所有色金属质量控制系列 —— 高纯基体金属的 ICP-OES 分析，以镍、铅、铝等为例，让大家了解电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)技术在分析高纯度金属基体中的杂质元素的应用，以及珀金埃尔默 Avio 系列 ICP-OES 在此领域应用的技术特点和优势。
ICP-OES 的英文为 Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer，基本原理简单说来就是元素的原子或离子受热或电激发后，发生电子层跃迁，随后从激发态回到基态时发射出具有特征波长和强度不同的电磁辐射，从而进行元素的定性和定量。ICP-OES 系统的组成如下图所示。
ICP-OES 技术具有高效稳定，连续快速多元素同时测定，精确度高，检测线性宽等特点，能够进行 70 多种金属元素和部分非金属元素的分析，多数元素的检出限能达到 ppb 级，在地质、冶金、环保、化工、生物、医药、食品、农业等方面用途广泛。
那么，让我们先从用途最为广泛的合金材料之一金属镍中的杂质检测开始说起吧！
金属镍中的杂质检测
金属镍(Ni)由于其具备高温和低温下的高耐腐蚀性和高强度，成为合金材料生产制备中最广泛使用的金属材料之一。伦敦金属交易所发布了不同规格的金属镍的杂质要求，表 1 列举了99.80% 纯度金属镍标准规范中的杂质要求。
元素
浓度要求wt%
1%Ni溶液中浓度
（mg/L）
As
0.005
0.5
Bi
0.005
0.5
Co
0.15
15Cu
0.02
2Fe
0.02
2Mn
0.005
0.5
P
0.005
0.5
Pb
0.005
0.5
S
0.01
1Sb
0.005
0.5
Si
0.005
0.5
S
0.01
1Sn
0.005
0.5
Zn
0.005
0.5
表1.伦敦金属交易所 99.80% 纯度金属镍（镍标准规范）
众所周知，谱线干扰是使用 ICP-OES 检测高纯基体金属样品中的杂质时常常遇到的难题。我们看看珀金埃尔默如何使用 Avio 500 电感耦合等离子体光谱仪(ICP-OES)，并利用多谱拟合专利技术(MSF)解析谱线，成功消除主体元素 Ni 对 某些杂质元素如 Bi 和 Sn 的测定干扰，准确检测高纯度金属镍中的杂质元素。
样品
样品以 5% 硝酸(v/v)消解。按照“99.80% 纯度金属镍标准规范”的要求，所有分析在 1% Ni 溶液中进行，并按照其对杂质元素含量的规定进行加标回收实验。
标准工作曲线
用 5% 硝酸(v/v)溶液配制浓度水平为 0.25，0.5 和 1.0 ppm 的混合标准溶液。
仪器
珀金埃尔默 Avio 500 ICP-OES，仪器参数、实验条件设置见表 2，各杂质元素的测定波长见表 3。
参数
规格型号/值
雾化器
Meinhard® K-1
雾化室
玻璃挡板雾化室
RF功率
1500W
中心管
2.0mm陶瓷中心管
等离子气体
8L/min
辅助气
0.2L/min
雾化气
0.6L/min
炬管位置
-4
进样量
1m/min
进样泵管
黑/黑(0.76mm内径)
内标泵管
绿/橙(0.38mm内径)
排液管
红/红(1.14mm内径)
重复测定
3次
观测方式
轴向
积分时间
5秒(最小与最长)
积分范围
0.5-2秒
表2. Avio 500 ICP-OES 仪器参数和实验条件
元素
波长(mm)
As
188.979
Bi
306.766
Co
238.892
Cu
324.752
Fe
238.204
Mn
259.372
P
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