Определение примесных элементов в кварце и кремнии методами масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, спектрофотометрии, пламенной атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии

• Автор: Сокольникова, Юлия Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 182 с.

1.1. Характеристика исследуемых объектов.

1.2. Специфические особенности анализа высокочистых веществ и основные источники погрешностей результатов.

1.3. Методы определения аналитов в кварце и кремнии

1.3.1. Методы определения щелочных элементов.

1.3.2. Методы определения фосфора

1.3.3. Метод ИСГ1МС для многоэлементного определения примесей, преимущества и недостатки.

1.4. Способы химической пробоподготовки

1.5. Интенсификация способов пробоподготовки.

1.5.1. Разложение в автоклавах с резистивным нагревом.

1.5.2. Разложение под воздействием микроволнового излучения

1.6. Способы статистической обработки данных при выборе оптимальных условий аналитической процедуры.
1.7. Цель и задачи исследований
ГЛАВА 2. ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ХИМИЧЕСКОЙ
ПР0БЮДГОТОВКИ КВАРЦА И КРЕМНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПРИМЕСЕЙ ИЗ РАСТВОРОВ МЕТОДАМИ ПФ, СПФ, ИСПМС
2.1. Объекты исследования
2.1.1. Влияние способов измельчения материала на результаты определения примесей в кварце и кремнии
2.2. Условия проведения эксперимента.
2.2.1. Аппаратура и инструментальные условия
2.2.2. Реагенты.
2.2.3. Используемые процедуры переведения в раствор кварца и кремния . .
2.3. Применение кластеризованной ранжировки для оптимизации условий аналитических процедур.
2.4. Выбор оптимизированного способа пробоподготовки изучаемых объектов.
2.4.1. Выбор способа переведения в раствор кварца
2.4.2. Выбор способа переведения в раствор проб кремния.
2.5. Оптимизация условий автоклавной пробоподготовки кварца и кремния для анализа методами ИСПМС, ПФ и СПФ
2.5.1. Выбор температурновременного режима
2.5.2. Выбор навески пробы и фактора разбавления раствора
2.5.3. Выбор объма реакционной смеси
2.6. Оптимизация условий измерения аналитических сигналов при определении примесного состава кварца и кремния
2.6.1. Определение элементов методом ИСПМС.
2.6.2. Определение натрия, калия и лития методом ПФ.
2.6.3. Определении фосфора методом СПФ.
2.6.4. Улучшение пределов обнаружения методик СПФ определения Р и ПФ определения , К и Ы при анализе кварцитов и кремния
2.6.5. Исследование условий прямого определения натрия и калия в кварцитах методом ААС.
2.7. Выбор оптимальных условий для трх аналитических процедур с использованием кластеризованной ранжировки.
2.8. Выводы к главе 2
ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ПОТЕРЬ АНАЛИТОВ И ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПРИ ПРОБОПОДГОТОВКЕ И ХРАНЕНИИ РАСТВОРОВ КВАРЦА И КРЕМНИЯ
3.1.Оценка потерь элементов и загрязнений при пробоподготовке кварцитов и кремния
3.2. Оценка продолжительности хранения растворов проб кварца
3.3. Выводы к главе 3.
ГЛАВА 4. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИК ДЛЯ АНАЛИЗА КВАРЦА И КРЕМНИЯ
4.1. Методика определения примесных элементов в кварце и кремнии методом ИСПМС
4.2. Методика определения К, иЬв кварце методом ПФ.
4.3. Методика определения фосфора в кварце и кремнии методом СПФ .
4.4. Результаты применения методик определения примесного состава кварца и кремния
4.4.1. Исследование материала образцов состава кварца и кремния кандидатов в стандартные образцы.
4.4.2. Оценка примесного состава природных кварцитов и обогащнной кварцевой крупки.
4.4.3. Оценка примесного состава рафинированного металлургического кремния и мультикремния но длине слитка.
4.5. Выводы к главе 4.
ЛИТЕРАТУРА
Приложения.
Используемые обозначения и сокращения
ПрО предел обнаружения
ОР относительное расхождение
ОСП относительная систематическая погрешность оско относительное среднеквадратическое отклонение
Г СО государственный стандартный образец
СОП стандарт образец предприятия
I ранг
ПЭ полиэтилен
ПП полипропилен
ПТФЭ политетрафторэтилен
ПМП полиметилпентен
ТФМ тетрафторметилен
ПФА перфторалкоксиэтиден
ИСПМС массспектрометрия с индуктивно связанной плазмой
ААС атомноабсорбционная спектрометрия
ПП атомизация но варианту печьпламя
ПФ пламенная атомноэмиссионная фотометрия
АЭС атомноэмиссионная спектрометрия
ХАЭС атомноэмиссионная спектрометрия с химическим концентрированием
НАА нейтронноактивационный анализ
ЛАИСПМС массспектрометрия с индуктивно связанной плазмой с атомизацией проб лазерной абляцией
РФА рентгенофлуоресцентиый анализ
ГПК гетерополикомплекс
ФМК фосфорномолибденовый комплекс
КМК кремнемолибденовый комплекс
ВЭЖХ высокоэффективная жидкостная хроматография
ФВМК фосфорнованадиевомолибденовый комплекс
МВ микроволны
СВЧ сверхвысокие частоты
ПИА проточноинжекционный анализ хч химически чистый осч особо чистый
3 н тринормальный раствор.
ВВЕДЕНИЕ


Качество кварца определяется низким содержанием К, Хта, Ы, А, Ре и Си 1. Б кремнии контролируют легирующие примеси В, Р, БЬ, Ая, поливалентные металлы ТС, V, Сг, Мп, Ре, Со, 1, Си, 7,х и др. К и углерод 3,4. Количество и содержание примесей нормируется для всех видов сырья соответствующими государственной и отраслевой документацией ГОСТ, ОСТ и ТУ . Содержание определяемых примесей в исследуемых объектах варьирует от 1 до мас. От степени чистоты зависит качество материала. В таблицах 1. БуралСарьдаг Бурятия, высокочистом рафинированном металлургическом кремнии и мультикремнии . Таким образом, по уровню содержания примесей исследуемые объекты можно разделить на две группы 1 исходные и промежуточные продукты природные кварциты, рафинированный металлургический кремний 2 вещества высокой чистоты обогащнная кварцевая крупка и мультикремний. Требования к контролю примесного состава веществ высокой чистоты, возможности и перспективы современных методов анализа, а также условия работы с такими материалами приводятся в специальной литературе 2. Таблица 1. Содержание примесных элементов мае. Кк глубоком ЧИСТОТЫ КкультравыяжоЙ 1 кк фирмы ЦМ1М1К США . Г . Са 0,,0 0. Бс 0,. Л0. Ка 1. Со . Сг 0, 0. Си 0,0. И 0, 0. Г 1 2. Ос . Мл 0,2,0 0,. Мп 1 0. Ъ 1 . V 1 . Примечание Кк кварцевый концентрат, данные для концентратов приведены из сертификатов прочерк нет данных. Таблица 1. Содержание элементов 4 мае. Са 0,2 0. Ыа 0, 0,2 Мп 0. В 0,1 0,3 0,3 П 0. Примечание 1 солнечный кремний 2 мультикремний 3 рафинированный кремний прочерк нет данных. Специфические особенности анализа высокочистых веществ и основные источники погрешностей результатов Специфика анализа изучаемых объектов заключается в определении примесных элементов, уровень содержания которых близок к пределам обнаружения ИрО аналитов для различных инструментальных методов. Практически приходится выделять сверхслабый сигнал на интенсивном фоне, обусловленном влиянием основы, загрязнениями и аппаратурными шумами. Последние достижения аналитического приборостроения значительно улучшили ПрО элементов до уровня Ю мае. Однако точность определения микропримесей зависит не только от возможностей метода, но также связана с особенностями процесса пробоподготовки, а именно с потерями элементов и загрязнениями, которые могут поступать из воздуха рабочей зоны, воды, реактивов и посуды, что существенно ограничивает снижение пределов обнаружения аналитов 9, , . Улучшения пределов обнаружения можно добиться путм снижения содержания аналитов в конгрольном опыте за счт использования особо чистых реагентов , , , а также с помощью методов разделения и концентрирования 9, , , ,, например, отгонкой основы, или при изменении способа введения образца в анализатор . ЭТААС и атомноэмиссионной пламенной фотометрии ПФ, либо использование парофазного автоклавного разложения пробы в кратере графитового электрода при анализе методом атомноэмиссионной спектрометрии АЭС , , позволяет на несколько порядков снизить ПрО аналитов. Причинами загрязнения и увеличения содержаний примесей могут явиться способы измельчения кускового материала исследуемых образцов или длительное хранение растворов после их получения, поскольку при этом в растворах могут протекать физикохимические процессы окисление, восстановление, сорбция, десорбция, седиментация и т. Таким образом, особенность изучаемых объектов требует подробного рассмотрения основных источников погрешностей результатов при их анализе. Так как кварц является одним из наиболее тврдых веществ, невозможно подобрать материал истирателя тврже измельчаемой пробы, не содержащий определяемых примесей. Предпочтительным способом измельчения природных кварцитов является гермодробление 2, 5, когда разрушение кварца происходит в результате изменения его объма при переходе акварца в Ркварц при нагревании до температуры 5 С и последующего погружения разогретых кусков в холодную воду. После такой обработки материал становится хрупким и легко рассыпается, его просушивают и отсеивают через капроновые сита, получая крупку размером 0 мкм.