硅是冶金、铸造、机械制造等行业的重要原料,硅的纯度对制品质量影响很大,各行业对其品质的要求越来越高。现在除要求测定铁、铝、钙、碳、硫、磷等杂质元素外,还需要测定其中氧的含量[1–2]。
1实验部分
1.1主要仪器与试剂
1.2仪器参数
载气:高纯He,流速为400mL/min;动力气:N2,流速为400mL/min。
1.3实验原理
利用脉冲炉作热源,在高温条件下,样品在惰性气氛的石墨坩埚中熔融,气体元素的化合物被还原分解,样品中的O,N,H分别以CO,N2,H2的形式释放,通过氧化铜炉将CO转化为CO2,H2转化为H2O,由载气(高纯He)携带经过滤、除尘和除水装置后,以CO2的形式进入红外检测器进行检测。
1.4样品预处理
实验前需将样品表面氧化层除去,选取新鲜断面、表面无氧化层的内部样品,制成约0.05g块状样品,*后将制备好的样品用超声波清洗仪清洗30s后,立即投入实验。
1.5助熔剂预处理
清洗镍篮时,将盛有混合酸[8]的烧杯加热至50~60℃,把镍篮放入烧杯中,约30~60s后取出,用蒸馏水清洗。*后用丙酮在超声波中清洗30~60s,晾干备用。
2结果与讨论
2.1分析条件建立
2.1.1助熔剂的选择
助熔剂能增强硅的熔融性,使气体完全放出,同时可以防止样品飞溅。铂是*好的助熔剂,但其价格昂贵。当称样量为0.05g、功率为4.5kW时,对比几种不同助熔剂对测定结果的影响,结果见表1。
从表1可以看出,对比样品的释放情况、熔体情况以及测定结果的稳定性,选择锡囊和镍篮的混合物为助熔剂。
2.1.2分析功率的影响
硅的熔点相对较低,*少量SiO2的存在会使样品的熔点略有升高。对比程序升温法和一次直接升温法对实验结果的影响,见表2。结果表明,随着分析功率的不断增加,样品的释放逐渐增大再逐渐减小,因此同时考虑到释放情况和测定结果的稳定性,本实验选择分析功率为4.5kW。
2.1.3称样量的影响
使用高温套坩埚,以锡囊和镍篮作助熔剂,分析功率4.5kW,分别称取0.012,0.025,0.05,0.075g样品,做称样量对测试结果影响试验,结果见表3。由表3可知,去除系统误差和测量误差,当称样量为0.05g时,测量结果的相对标准偏差*小,因此选择称样量为0.05g。
2.2工作曲线
硅中氧的测定没有相应的标准方法和参考物质,但由于氧的熔点较低且释放速率较快,可参考钢铁中氧的测定标准[9]和参考物质进行实验测定。根据待测样品的含量及相应的积分面积,选择不同标准样品(GBW02609a,GSB03–2467–2008,GSBH20004–90)绘制低氧通道的校准曲线(未过原点),以积分面积y对氧**量x(μg)进行线性回归,得线性方程为y=0.46x-0.52,相关系数r2=0.998,线性良好,曲线数据如表4所示。
2.3空白值的测定
由于样品称样量较少,为了准确测定硅中氧的含量,获得低而稳定的氧空白值是必要的。氧空白值主要是由石墨坩埚、助熔剂、载气以及炉膛空白等引起的。实验结果表明,不同助熔剂带来的空白值并不相同,实验时需根据不同的助熔剂,按照表5中的数据扣除相应的空白值。
2.4方法的精密度
在*佳条件下测定硅样品,平行测定5次,样品熔体表面光滑,峰形良好,测定结果见表6。由表6可知,测定结果的相对标准偏差为4.67%,表明方法的精密度较高,能满足实际生产需求。
2.5加标回收试验
利用GSBH40104–1996标准样品(氧含量为0.00943%)对硅样品进行加标回收试验,平行测定5次,测定结果见表7。
从表7可以看出,样品的加标回收率在94%~104%之间,满足实验要求。
3结语
采用石墨套坩埚,程序升温,分析功率4.5kW,使用锡囊和镍篮作为助熔剂,建立了硅中氧的分析方法;采用合适的钢铁参考物质,解决了硅分析中工作曲线建立的问题。该方法准确可靠,可用于测定硅中的氧。