GB/T 42518-2023 鍺酸鉍(BGO)晶體 痕量元素化學分析 輝光放電質(zhì)譜法（正式版）

ICS71.040.402023-05-23發(fā)布國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會GB/T42518—2023 I Ⅱ 7樣品 3 49測量和分析結(jié)果表達 410檢出限 812重復性和再現(xiàn)性 8 8附錄A(資料性)質(zhì)量校正離子及其質(zhì)荷比 附錄B(資料性)同位素選擇及干擾 IGB/T42518—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由全國微束分析標準化技術(shù)委員會(SAC/TC38)提出并歸口。本文件起草單位：中國科學院上海硅酸鹽研究所、寧波新材料測試評價中心有限公司。ⅡGB/T42518—2023能物理、天體物理、石油測井、環(huán)境監(jiān)測、公共安全和工業(yè)在線檢測等輻射探測領(lǐng)域具有廣泛應用。BGO晶體是一種高純度材料，影響材料性能(如光透過和光輸出、光響應均勻性、余輝等)的因素很耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)在內(nèi)的方法測定。但是，如果要對BGO晶體中70種左右的痕量雜質(zhì)元GD-MS定量分析需要用基體相似的參考物質(zhì)測量相關(guān)待測元素的相對靈敏度因子(RSF),但是參考物質(zhì)往往難以獲得。由于GD-MS特殊的離子化過程，使其分析結(jié)果受基體影響較小，因此在實際應用中通常將一套預先測定的RSF用于所有不同的基體。然而當對測量準確度要求較高時，采用1GB/T42518—2023鍺酸鉍(BGO)晶體痕量元素化學分析輝光放電質(zhì)譜法本文件描述了采用輝光放電質(zhì)譜法(GD-MS)測量鍺酸鉍(BGO)晶體中雜質(zhì)元素的方法。本文件適用于BGO晶體材料中除氫和惰性氣體元素以外的其他雜質(zhì)元素含量的測定，測定范圍為0.001μg/g～1000μg/g(質(zhì)量分數(shù))。通過合適的標準樣品校正，也適用于測量質(zhì)量分數(shù)大于1000μg/g的雜質(zhì)元素含量。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T6682分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法ISO/TS15338表面化學分析輝光放電質(zhì)譜操作程序(Surfacechemicalanalysis—Glowdis-chargemassspectrometry—Operatingprocedures)3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。離子強度ionintensity儀器記錄到的指定元素的離子流總量。針狀試樣pinsample長度約20mm、橫截面的尺寸約3片狀試樣flatsamplemm,橫截面為圓形或方形的棒狀樣品。mm～40mm的圓形測量面的圓形或方形薄片狀樣品。用于分析針狀試樣的樣品池。片狀放電池flatcell用于分析片狀試樣的樣品池。離子計數(shù)效率ioncountingefficiency探測器測得的離子數(shù)與進入探測器的離子數(shù)之比。2GB/T42518—20234原理在GD-MS儀器的放電池中，試樣作為陰極。在放電池中導入氬氣，并在陰極和陽極間加一電位差，產(chǎn)生輝光放電(等離子體)。試樣材料經(jīng)離子和電中性的粒子濺射后產(chǎn)生的單個原子和或原子團擴散進入等離子體中被離子化，形成的離子導出進入質(zhì)量分析器。質(zhì)量分析器將不同質(zhì)荷比的離子分待測元素對基體元素強度歸一化，然后將歸一化的強度同參考標準樣品或校準試樣中相應元素的歸一應符合ISO/TS15338的要求，并配備針狀放電池和片狀放電池，運行環(huán)境應滿足儀器廠商的要求。注：帶射頻源的輝光放電質(zhì)譜儀同樣適用于本文件。5.2超聲波清洗器用于試樣和操作工具的清洗。6試劑和材料符合GB/T6682規(guī)定的分析實驗室用水一級水。p=1.42g/mL,光譜純。p=1.14g/mL,光譜純。p=0.784g/mL,光譜純。固體金屬，純度不低于99.9995%。3GB/T42518—2023固體金屬，純度不低于99.9999%。純度不低于99.999%。6.8氮氣純度不低于99.999%。純度不低于99.9%,直徑約1mm。6.10金絲純度不低于99.9%,直徑約1mm。將樣品加工成儀器可以接受的試樣。不同儀器的放電池對試樣的兒何形狀和大小有不同的要和厚度應和片狀放電池的大小匹配。因此，是樣品池的設計限定了試樣的最大尺寸。能滿足樣品池要求的試樣均可以用于測量。以下幾種方法一般適用于所有儀器：a)將樣品加工成能形成直徑20mm～40mm的圓形測量面，厚度2mm～3mm的片狀試樣，并吸入內(nèi)徑為3mm～5mm的聚四氟乙烯管成型為長度20mm的針狀試樣，用于針狀放電池注1:由于方法c)、d)和e)需要用到樣品以外的金屬(銦或鉭),可能引入額外的污染元素或干擾。注2:GD-MS采用固體樣品直接測量，避免了對樣品的復雜處理，并且測量時，通過預濺射的方式清除試染。因此，多數(shù)情況下通用檢測實驗室即能用于GD-MS的制樣，但采用潔凈室對保證痕量元素的檢出限是4GB/T42518—2023前鉭槽也應按該步驟清洗。每個試樣均應單獨清洗。清洗后的試樣宜盡快測量，如果試樣清洗后在空氣中放置超過4h,應重新清洗。清洗的步驟如下：a)將試樣置于燒杯中，加去離子水(6.1)浸沒試樣，將燒杯置于超聲波清洗器中，超聲清洗至少5min,然后用鑷子將試樣取出，放入盛硝酸(6.2)(1+9)的燒杯中浸洗5min～10min;b)用鑷子將試樣取出，以去離子水(6.1)沖洗3遍后，放入盛氫氟酸(6.3)(1+4)的聚四氟乙烯塑料燒杯中浸洗5min～10min;c)用鑷子將試樣取出，以去離子水(6.1)沖洗5遍后，放入盛異丙醇(6.4)的燒杯中，超聲清洗至8儀器準備8.1質(zhì)量校正前進行質(zhì)量校正。用于質(zhì)量校正的離子質(zhì)荷比應覆蓋儀器的測量范圍?？蛇x擇放電氣體[如氬氣(Ar)]、離子源部件材料[如鉭(Ta)]、用于輔助導電的金屬[如銦(In)]的離子，以及它們形成的多原子離子。附錄A是一些可以用于質(zhì)量校正的離子。將銅絲(6.9)和金絲(6.10)絞成繩狀，取約20mm長一段(可重復使用),用針狀放電池，分別測量離子強度足夠高的情況下，質(zhì)量分辨本領(lǐng)不低于3500。8.3探測器交叉校正種同位素的豐度分別為0.012%和99.988%)所需的校正因子。通常軟件會根據(jù)測量強度計算校正因8.4氣壓監(jiān)測9測量和分析結(jié)果表達將預處理好的試樣(7.1,7.2)按儀器制造商提供的操作手冊裝載好，并導入儀器。如需液氮冷卻離子源時，通入液氮。當離子源室的氣壓達到儀器操作手冊9.2分析程序設定5GB/T42518—2023校正文件等)。應在相同條件下進行測量。試樣熔化。通常對在放電氣體Ar中的一種金屬M,離子化后主要產(chǎn)生單電荷原子離子M+和Ar+,并伴有一些雙原子離子M?和Ar2的存在。多電荷氬離子，如Ar2+和Ar3+及類似離子通常也會出現(xiàn)。對第二附錄B中，表B.1列出了BGO測量中的常見測量元素及通常用于測量的同位素，表B.2列出了部分干擾示例。a)制樣方式；6b)試樣的組成；c)需測定的元素；d)分析所需的靈敏度。如果表面污染含有待測元素，則該元素信號強度會隨預濺射時間延長而下降。當信號強度穩(wěn)定注：待測元素在試樣中分布不均勻時，信號強度可能難以穩(wěn)定。9.5離子強度的測量預濺射后，對所有選定同位素進行離子強度的測量。應分別測量峰的強度(Ip,峰的積分面積)和本底強度(Ib),并計算出扣除本底后的凈強度(I,I=Ip-Ip),該強度用于數(shù)據(jù)分析(9.6)中的計算。注：通常儀器所帶軟件能自動給出本底強度，需要時也能由操作人員人工確定本底強度以代替軟件自動計算值。9.6數(shù)據(jù)分析9.6.1測量數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)分析通常由儀器所帶軟件自動完成。元素質(zhì)量分數(shù)的計算通常如下進行。a)對于測量的每一個同位素，根據(jù)所用離子探測器，進行積分時間和或離子計數(shù)效率的校正。b)根據(jù)同位素豐度進行校正，以給出相應元素的離子強度。c)按式(1)計算每個元素的離子強度比，即被測元素的離子強度與基體元素的離子強度之比(Rp)。這一比值就是相應元素相對于基體元素含量(摩爾分數(shù))的估計。式中：RIB(i)——試樣中元素i的離子強度與基體元素的離子強度之比；I;——試樣中元素i的離子強度，單位為安培(A);IM—-——BGO中基體元素的離子強度，單位為安培(A)。對于BGO試樣，基體元素是鉍(Bi)、鍺(Ge)和氧(O)。注：對于離子強度，有的軟件也可能采用離子計數(shù)率(cps)為單位。d)更準確的定量分析可通過測定相對靈敏度因子(RSF)實現(xiàn)(9.6.2),或通過建立校正曲線(9.6.3)的方式實現(xiàn)。測定相對靈敏度因子或建立校正曲線需要與待測樣基體相似的標準樣品。9.6.2用相對靈敏度因子測量利用標準樣品測量的RSF可以實現(xiàn)定量分析。對于一個標準樣品，其中的元素含量是已知的，當待測元素i的離子強度比測定后，RSF可用式(2)計算。FRS()=W(.s/RIBGj,s) (2)式中：W(i,s)——標準樣品中元素i的質(zhì)量分數(shù)，單位為微克每克(μg/g);RIB(i,s)——標準樣品中元素i的離子強度與基體元素的離子強度之比。當相對靈敏度因子確定后，就可以用式(3)計算未知樣中待測元素的濃度(質(zhì)量分數(shù))。w;=RIB(i)×FRS( (3)式中：w;——試樣中元素i的質(zhì)量分數(shù)，單位為微克每克(μg/g);7GB/T42518—2023RIB(i)——試樣中元素i的離子強度與基體元素的離子強度之比；FRSi)——用BGO標準樣品測得的元素i的RSF。用n個標準樣品(n≥3)在相同條件下測量待測元素的離子強度(I,扣除背景后的強度),然后用最w=a+bI (4)建立校正曲線后，對于未知樣中的待測元素i,只要在相同條件下測量其離子強度(I),就可以根據(jù)校正曲線計算出其質(zhì)量分數(shù)(w;)。儀器所帶軟件中有一個RSF數(shù)據(jù)庫，這個RSF數(shù)據(jù)庫中的RSF值即所謂的“標準RSF”。由于作是半定量的。選擇一個不含待測元素，其他元素和待測樣相似的樣品(即空白樣，其中待測元素含量小于0.1pg/g),按與待測樣相同的方法制樣，并用與待測樣相同的測量條件測量至少11次，計算b)方法2:選擇一個待測元素含量已知的BGO樣品，按與待測樣相同的方法制樣，并用與待測樣相同的測量條件，分別在元素的峰位和峰位附近的本底位置測量至少11次，分別計算峰位強度平均8GB/T42518—2023試樣在完成預濺射后，對用于定量分析的數(shù)據(jù)重復3次采集，報告3次測量結(jié)果的算術(shù)平均值。當12重復性和再現(xiàn)性對同一樣品的測量，重復性條件下和再現(xiàn)性條件下的重復測量2次允許相對偏差見表1。表1重復測量2次結(jié)果的相對偏差允許值濃度(質(zhì)量分數(shù))范圍重復性條件下的允許相對偏差%再現(xiàn)性條件下的允許相對偏差%5>0.01～0.10.001～0.01a)本文件編號；b)樣品信息；c)使用的儀器型號；d)使用的輔助導電材料(適用時);e)使用的標準樣品(適用時);f)使用的放電氣體及其純度；g)基體離子強度；9(資料性)質(zhì)量校正離子及其質(zhì)荷比對GD-MS儀器，需要針對磁場進行質(zhì)量校正，確定峰位的質(zhì)荷比。一般儀器軟件均具有這樣的功能，但需要利用一些質(zhì)荷比已明確的峰進行計算。用于質(zhì)量校正的離子質(zhì)荷比需確保覆蓋儀器的測量范圍，且在校正范圍內(nèi)相對均勻分布。通常，在低質(zhì)量端有較多的峰，因為這是系統(tǒng)非線性最明顯的區(qū)域。峰的選擇能夠充分利用儀器本身的特點和操作特點，如放電池部件的組成、放電氣體、輔助導電元素等，以及利用常規(guī)分析樣品，或采用專用質(zhì)量校正樣品。表A.1列出了一些常見用于質(zhì)量校正的離子及其質(zhì)荷比。表A.1用于質(zhì)量校正的離子及其質(zhì)荷比序號離子質(zhì)荷比/u10Ar1+9.9906240Ar3+340Ar2+40Ar+39.9624555.957360Ar1?Ar+79.924878115In36Ar+9220.9104197Au??Ar+236.9290GB/T42518—2023(資料性)對于高分辨GD-MS,一個元素的不同同位素峰通常是能夠分開的。對于存在同位素的元素，需要定是否有干擾的存在時，也能選擇測量多個同位素，采用干擾最小的、最合理的峰用于結(jié)果計算。表B.1是BGO中痕量元素測定時通常選擇的同位素