鋼研納克ICP光譜儀測(cè)定電池級(jí)碳酸鋰中 17種雜質(zhì)元素
摘要：介紹了一種使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀直接測(cè)定電池級(jí)碳酸鋰中17種雜質(zhì)元素的方法，并對(duì)該方 法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示加標(biāo)回收率在94% ~ 108%之間，線性相關(guān)系數(shù)大于0.999,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）小于4%。 該方法適用于多品牌，多批次碳酸鋰中雜質(zhì)元素的分析。
關(guān)鍵詞:電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法;電池級(jí)碳酸鋰；雜質(zhì)元素
電池級(jí)碳酸鋰是生產(chǎn)鋰電池正極材料（主要 有鉆酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等）以及電解液的關(guān) 鍵核心原料。由于電動(dòng)汽車對(duì)鋰電池需求巨大， 具有廣闊的發(fā)展前景，電池級(jí)碳酸鋰也進(jìn)入發(fā)展 快車道。碳酸鋰材料的品質(zhì)直接決定其價(jià)位，而 雜質(zhì)分析是判定其品質(zhì)優(yōu)劣必不可少的環(huán)節(jié)。依 據(jù)標(biāo)準(zhǔn)YS/T 582—2013《電池級(jí)碳酸鋰》規(guī)定，碳 酸鋰質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不大于99.5%[1-3]。本文采用電感耦 合等離子體發(fā)射光譜儀，測(cè)定了電池級(jí)碳酸鋰中的 17種雜質(zhì)元素，結(jié)果滿意。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1主要儀器及工作參數(shù)
Plasma2000型全譜電感耦合等離子體發(fā)射光 譜儀（鋼研納克檢測(cè)技術(shù)股份有限公司）；EH45A plus型電加熱板（萊伯泰科）。
ICP-AES工作條件：發(fā)射功率為1.3 kW；冷卻 氣流量為13.0 L/min；輔助氣流量為1.0 L/min；霧化 器流量為0.65 L/min；蠕動(dòng)泉泉速為20 r/min。使用旋流霧化室、耐高鹽霧化器、耐高鹽炬管，中心管管 徑為2.0 mm。
1.2試劑
Al、Ba、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、 Rh、Sr、V、Zn、Si標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液（國家鋼鐵材料測(cè)試 中心）；硝酸（北京化學(xué)試劑研究所）；實(shí)驗(yàn)用水為高 純水;氬氣（北京誠維峰氣體有限公司）：純度大于 99.995%。
1.3樣品處理
準(zhǔn)確稱取2.500 0 g碳酸鋰樣品于100 mL燒杯 中，加入適量高純水，緩慢加入5mL硝酸，加熱溶解 后，冷卻全室溫，轉(zhuǎn)移定容至50 mL容量瓶待測(cè)。
1.4標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的配制
實(shí)驗(yàn)選取消解好的樣品溶液作為溶劑配制標(biāo) 準(zhǔn)曲線?；旌显貥?biāo)準(zhǔn)溶液的配制:逐級(jí)稀釋各元 素標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成下表所需濃度，加入消解后的樣 品溶液定容至刻度搖勻。元素Si的標(biāo)準(zhǔn)溶液?jiǎn)为?dú) 配制：同樣用樣品溶液作為溶劑逐級(jí)稀釋Si標(biāo)液配 制成如表1所列濃度。
2結(jié)果與討論
2.1線性相關(guān)系數(shù)
本實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行測(cè)定。分別對(duì)混合元素標(biāo)準(zhǔn)溶液和Si標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定，各元素的 相關(guān)系數(shù)（見表2）均在0.999以上。
2.2分析譜線的選擇
對(duì)同一元素，ICP-AES有多條譜線可供選擇，但是由于基體的影響和其他元素對(duì)待測(cè)元素可能產(chǎn) 生的干擾，需對(duì)譜線進(jìn)行干擾的考察和選擇，本文 對(duì)待測(cè)的17種元素譜線進(jìn)行了篩選，比較了各譜線 的譜圖、背景輪廓和強(qiáng)度值，并作出了相應(yīng)的背景 扣除，有效減少了背景的影響，終選擇的元素譜 線如表3。
在上述選定的工作條件下，重復(fù)測(cè)量空白溶液 11次，以空白測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍計(jì)算各元素的檢 出限，結(jié)果列于表4。
2.4加標(biāo)回收率
對(duì)碳酸鋰樣品進(jìn)行了加標(biāo)回收率試驗(yàn)及精密 度試驗(yàn)（見表5），各元素的回收率均在94%?108% 之間。
2.5樣品測(cè)試結(jié)果
按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)樣品進(jìn)行分析，結(jié)果列入表6。
3結(jié)語
本文使用Plasma2000型全譜電感耦合等離子 體發(fā)射光譜儀測(cè)定碳酸鋰中的雜質(zhì)元素，通過計(jì)算檢出限、回收率和精密度，分析結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定，可用 于電池級(jí)碳酸鋰中Al、Ba、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、 Mn、Na、Ni、Pb、Rh、Sr、V、Zn、Si 等雜質(zhì)元素的分析 測(cè)定。

Plasma 2000儀器特點(diǎn)
穩(wěn)健高效的全固態(tài)光源
全固態(tài)射頻發(fā)生器，體積小、效率高，全自動(dòng)負(fù)載匹配，速度快、精度高，能適應(yīng)各種復(fù)雜基體樣品及揮發(fā)性有機(jī)溶劑的測(cè)試，具有優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。
垂直炬管的設(shè)計(jì)，具有更好的樣品耐受性，減少了清潔需求，降低了備用炬管的消耗。
簡(jiǎn)潔的炬管安裝定位設(shè)計(jì)，快速定位，精確的位置重現(xiàn)。
實(shí)時(shí)監(jiān)控儀器運(yùn)行參數(shù)，高性能CAN工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，保障通訊高效可靠。
精密的光學(xué)系統(tǒng)
中階梯光柵與棱鏡交叉色散結(jié)構(gòu)，使用超純SiO2棱鏡，高光路傳輸效率，保證了深紫外區(qū)的元素測(cè)量。
優(yōu)化的光學(xué)設(shè)計(jì)，采用非球面光學(xué)元件，改善成像質(zhì)量，提高光譜采集效率。
光室多點(diǎn)充氣技術(shù)，縮短光室充氣時(shí)間，提高紫外光譜靈敏度及穩(wěn)定性，開機(jī)即可測(cè)量。
光室氣路獨(dú)立，可充氮?dú)饣驓鍤狻?br> 包圍式立體控溫系統(tǒng)，保障光學(xué)系統(tǒng)長期穩(wěn)定無漂移。
進(jìn)樣系統(tǒng)
儀器配備系列經(jīng)過優(yōu)化的進(jìn)樣系統(tǒng)，可用于有機(jī)溶劑、高鹽/復(fù)雜基體樣品、含氫氟酸等樣品的測(cè)試。
使用一體式炬管，易于維護(hù)，轉(zhuǎn)換快速，使用成本低。
使用質(zhì)量流量控制器控制冷卻氣、輔助氣和載氣的流量，流量連續(xù)可調(diào)，保障測(cè)試性能長期穩(wěn)定。
4通道12滾輪蠕動(dòng)泵，泵速連續(xù)可調(diào)，確保樣品導(dǎo)入穩(wěn)定性。
檢測(cè)器
大面積背照式CCD檢測(cè)器, 全譜段響應(yīng)，高紫外量子化效率，抗飽和溢出，具有極寬的動(dòng)態(tài)范圍和極快的信號(hào)處理速度。
一次曝光，完成全譜光譜信號(hào)的采集讀取，從而獲得更為快速、準(zhǔn)確的分析結(jié)果。
同類產(chǎn)品中靶面尺寸，百萬級(jí)像素，單像素面積24μm X 24μm，三級(jí)半導(dǎo)體制冷,制冷溫度-35℃，具有更低的噪聲和更好的穩(wěn)定性。
軟件系統(tǒng)
人性化的界面設(shè)計(jì)，流暢易懂，簡(jiǎn)便易用，針對(duì)分析應(yīng)用優(yōu)化的軟件系統(tǒng)，無須復(fù)雜的方法開發(fā)，即可快速開展分析操作。
多窗口多方法分析程序，可同時(shí)測(cè)量、編輯、查看不同的方法數(shù)據(jù)。
軟件譜線庫具有7萬多條譜線庫，智能提示潛在干擾元素，幫助用戶合理選擇分析譜線。
提供多樣化的標(biāo)準(zhǔn)系列編輯模式，支持先測(cè)試后設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)、“三明治”方法測(cè)試樣品等多種曲線校準(zhǔn)模式。
軟件支持標(biāo)準(zhǔn)曲線法、標(biāo)準(zhǔn)加入法等分析方法，具有扣除空白、內(nèi)標(biāo)校正、干擾校正等多種數(shù)據(jù)處理方法。
輕松的測(cè)試方式設(shè)置，直觀的測(cè)試結(jié)果顯示，具有多種報(bào)表輸出格式。

Plasma1500型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）測(cè)定高純石墨中的9種痕量雜質(zhì)元素
ICP-OES，Plasma1500，高純石墨，痕量雜質(zhì)元素，單道ICP，掃描ICP
石墨是我國優(yōu)勢(shì)非金屬礦產(chǎn)之一，其儲(chǔ)量和產(chǎn)銷量居世界首位。石墨系列產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、電子、化工、輕工、軍工、國防及耐火材料等行業(yè)，是當(dāng)今科技發(fā)展必不可少的重要非金屬原料。電池材料的快速發(fā)展對(duì)石墨原料的純度要求越來越高，準(zhǔn)確測(cè)定高純石墨中痕量元素雜質(zhì)非常重要。在2008年制定的石墨化學(xué)分析方法國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3521-2008中，檢測(cè)項(xiàng)目僅包括石墨產(chǎn)品中水分、揮發(fā)分、固定碳、硫和酸溶鐵的分析。高純石墨中多種痕量雜質(zhì)元素快速測(cè)定的要求越來越迫切。本報(bào)告建立了基于國產(chǎn)單道掃描型ICP電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀的快速、準(zhǔn)確測(cè)定高純石墨中Al、Cr、Cu、Fe、Mo、Na、Ni、Si、Zn等9種痕量雜質(zhì)元素的方法。
儀器特點(diǎn)
Plasma 1500 單道掃描型 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（鋼研納克檢測(cè)技術(shù)股份有限公司）是一種使用方便、操作簡(jiǎn)單、多元素檢測(cè)的國產(chǎn)單道掃描型ICP-OES分析儀，擁有良好的分辨率和杰出的檢出限。儀器主要特點(diǎn)如下：
? 1. 分析流程全自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)氣路智能控制、軟件自動(dòng)點(diǎn)火、功率自動(dòng)匹配調(diào)節(jié)等功能，操作方便；
? 2. 高效穩(wěn)定的全固態(tài)射頻發(fā)生器，摒棄低效率的電子管時(shí)代，速度快 體積小 效率高，頻率穩(wěn)定性優(yōu)于0.1%；
? 3. 射頻功率達(dá)1600W，既可用于油品分析、高鹽分析等高功率場(chǎng)景，又具備K, Na等適合低功率分析能力；
? 4. 標(biāo)配4通道12滾輪蠕動(dòng)泵進(jìn)樣系統(tǒng)，高精度的光室恒溫系統(tǒng)，進(jìn)樣穩(wěn)定，長短期精密度良好；
? 5. 優(yōu)良的Czerny-Turner結(jié)構(gòu)1米焦距光學(xué)系統(tǒng)，精密的波長驅(qū)動(dòng)技術(shù)，保證峰位準(zhǔn)確；
? 6. 分辨率高，能分出Hg313.154和313.183nm雙線譜線，能分出鐵的四重峰；
? 7. 國內(nèi)可選雙光柵分光系統(tǒng)，3600L/mm，2400L/mm，4320L/mm三種大面積高刻線全息光柵可選，兼顧高分辨和長波長范圍。
? 8. 精密度好，穩(wěn)定性相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤1.5%（5ppm），優(yōu)于國家A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（JJG768-2005）；
? 9 通光量大，檢出限低，光電倍增管的負(fù)高壓可單獨(dú)設(shè)置，復(fù)雜基體檢出限優(yōu)于全譜儀器；
? 10. 測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍寬，超微量到常量的分析，可選雙通道高靈敏PMT紫外檢測(cè)器，動(dòng)態(tài)線性范圍5—6個(gè)數(shù)量級(jí)；
? 11. 安全性好，儀器采用高屏蔽、良好接地、特殊玻璃窗口保證操作者的安全，儀器輻射小于2V/m（JJG768-2005規(guī)定小于10V/m）；
? 12. 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀器參數(shù)，具有艙門監(jiān)測(cè)、溫度保護(hù)、低壓保護(hù)、斷電保護(hù)、水冷保護(hù)等功能，避免儀器損害；具有低功率待機(jī)模式，降低運(yùn)行成本；
樣品前處理
結(jié)論
本文建立了ICP-AES快速測(cè)定高純石墨中9種痕量雜質(zhì)元素的方法。該法靈敏度高、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、分析速度快，適合高純石墨產(chǎn)品中多種雜質(zhì)元素的快速分析，是檢測(cè)高純石墨中多種雜質(zhì)元素的理想方法。
儀器優(yōu)點(diǎn)
? 1. 分析流程全自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)軟件點(diǎn)火、氣路智能控制功能；
? 2. 輸出功率自動(dòng)匹配調(diào)諧，功率參數(shù)程序設(shè)定；
? 3. 優(yōu)良的光學(xué)系統(tǒng)，先進(jìn)的控制系統(tǒng)，保證峰位定位準(zhǔn)確，信背比優(yōu)良；
? 4. 極小的基體效應(yīng)；
? 5. 測(cè)量范圍寬，超微量到常量的分析，動(dòng)態(tài)線性范圍5—6個(gè)數(shù)量級(jí)；
? 6. 檢出限低，大多數(shù)元素的檢出限可達(dá)ppb級(jí)；
? 7. 良好的測(cè)量精度，穩(wěn)定性相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤1.5%（5ppm），優(yōu)于國家A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（JJG768-2005）；
? 8. Rf輸出功率的范圍750-1500W，輸出功率穩(wěn)定性小于0.1%；
? 9. 光電倍增管的負(fù)高壓可在0-1000V范圍內(nèi)獨(dú)立可調(diào)，可根據(jù)不同元素的不同譜線單獨(dú)設(shè)置條件，和全譜儀器比較有更好的檢出限；
? 10. 納克儀器采用高屏蔽和良好接地保證操作者的安全；
? 11. 高精度的光室恒溫系統(tǒng)，保證儀器優(yōu)良的長短期精度；
? 12. 多通道蠕動(dòng)泵進(jìn)樣，保證儀器進(jìn)樣均勻，工作穩(wěn)定；
? 13. 使用鈸銅彈片和特殊處理的屏蔽玻璃，在吸收紫外線同時(shí)使儀器輻射小于2V/m（JJG768-2005規(guī)定小于10V/m）。
? 14. 具有較高的譜線分辨率，能分出Hg313.154和313.183nm雙線譜線，能分出鐵的四重峰。
? 15. 人性化的軟件設(shè)計(jì)，操作方便，終身免費(fèi)升級(jí)。功能強(qiáng)大、友好的人機(jī)界面分析軟件,可在測(cè)定過程中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，方法編制和結(jié)果分析，是真正的多任務(wù)工作軟件；該軟件數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大，提供了多種方法，如內(nèi)標(biāo)校正、IECS和QC監(jiān)測(cè)功能等，可獲得的背景扣除點(diǎn)以消除干擾；對(duì)輸出數(shù)據(jù)可直接打印或自動(dòng)生成Excel格式的結(jié)果報(bào)告。

技術(shù)參數(shù)：
射頻發(fā)生器技術(shù)參數(shù)：
功率穩(wěn)定性：≤0.1%
震蕩頻率：27.12MHz
頻率穩(wěn)定性：≤0.01%
匹配方式：自動(dòng)匹配
電磁場(chǎng)泄露輻射強(qiáng)度：<0.5V/m
進(jìn)樣系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)：
炬管方向：垂直放置
炬管線圈：3匝
炬管：一體式炬管，中心管可選0.8mm、1.5mm、2.0mm（石英或陶瓷）。
霧化器：同心霧化器或平行通道霧化器，外徑6mm,可選標(biāo)準(zhǔn)霧化器、高鹽霧化器、氫氟酸霧化器.
霧室：旋流霧化室，可選配雙筒型霧化室和耐HF霧化室。
蠕動(dòng)泵：4通道12滾輪，轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)。
氬氣消耗量：12L/min~18L/min
冷卻氣：0.00L/min~20.00L/min，精度0.01L/min
輔助氣：0.00L/min~2.00L/min，精度0.01L/min
載氣：0.00L/min~2.00L/min，精度0.01L/min
量子化效率：無鍍膜，量子化效率可達(dá)75%以上
檢測(cè)器冷卻：高效半導(dǎo)體制冷，制冷溫度-10℃
分析性能：
觀測(cè)方式：垂直火炬
檢出限：亞ppb- ppb
短期穩(wěn)定性：RSD≤0.5%（500LOD）
長期穩(wěn)定性：RSD≤1.0%（2h，500LOD）
儀器規(guī)格
尺寸：寬x深x高（121cm x 74cm x 80cm）
重量：約200kg
工作環(huán)境
實(shí)驗(yàn)室濕度環(huán)境：相對(duì)濕度20%~80%
氬氣純度：不小于99.95%
排風(fēng)：不小于400立方米/小時(shí)
電源：200V~240V AC 單相；50Hz~60Hz；4kVA