用于ELEMENTGD辉光放电质谱检测的少量易碎样品的测前处理方法

用于element gd辉光放电质谱检测的少量易碎样品的测前处理方法
技术领域
1.本发明属于高纯金属成分分析领域，具体涉及一种用于element gd 辉光放电质谱检测的少量易碎样品的测前处理方法。


背景技术：

2.辉光放电质谱法是一种可以直接固体进样，利用样品中不同元素的质荷比和响应信号的差异性，对待测样品进行定性和定量分析的一种方法，通常用于高纯材料/金属中痕量杂质检测及纯度定级，具有灵敏度高、检测限低、基体效应小等优势。
3.element gd是美国赛默飞世公司研发的一种辉光放电质谱仪，被广泛应用于各企业、高校、科研院所等机构用进行高纯样品的辉光放电质谱检测，但该仪器对样品尺寸要求较为严格，要求固体样品测试面直径要在20mm~50mm，厚度5~40mm之间，且由于样品需要特定形状的夹持器固定，因此待测样品的上下表面必须平整且平行。对于量少的易碎样品（如硅、碲、硒，其质地较脆），在使用夹持器（形状见附图1中标号13）直接固定过程中，由于样品成为薄片，夹持器间的作用力直接作用于待测样品，使其碎裂的概率提高，导致无法正常测试。传统处理方法为压力渗透法，即将待测样品磨成粉状，将其在压力下压入另一种质地较软的高纯金属中（一般为铟、钽），测试时候需要扣除该高纯金属中的杂质信号，才能得到该待测样品的测试结果，且使用此法时，样品的粒度、高纯金属的选择和高纯气体的压力都会对测试结果造成较大的影响，操作复杂，难度较大。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种用于element gd 辉光放电质谱检测的少量易碎样品的测前处理方法，本发明的测前处理方法可以较容易的解决量少的易碎样品在使用element gd辉光放电质谱仪测试过程中，难以制样及样品易碎裂导致测试信号不稳定、断流、无法正常测试的问题，降低了该类样品的制样难度和检测难度，提高了测试的成功率及准确性。
6.本发明方法的技术方案如下：本发明首先将待测样品超声洗净，使用气体吹干，然后根据其质量的大小，选择合适尺寸的坩埚进行熔料；该熔料过程在惰性气体保护下进行，压力为大气压，温度为高于待测样品熔点温度，保证其充分融化停止加热，在惰性气体保护下自然冷却；冷却结束后，使用线切割机将坩埚高出待测样品的部分切掉，使坩埚外壁不高于待测样品顶面，使用清洗剂将待测样表面处理干净，吹干，即可得到满足测试要求的样品。
7.本发明的具体步骤如下：（1）将待测样品置于去离子水中超声洗净，避免引入杂质，将洗净后的样品使用气体吹干，再将坩埚内外使用无水乙醇擦拭干净，并使用气体吹干；
（2）将步骤（1）处理后的待测样品置于步骤（1）处理后的坩埚中，然后将装有待测样品的坩埚放置在石英管中，并向石英管中通入惰性气体，以排出管内残余空气，再将装有坩埚的石英管置于电炉中加热，并保温；（3）保温结束后，关闭电炉并取出石英管，待石英管自然冷却后将管内坩埚取出；（4）使用线切割机，用去离子水做切割冷却剂，将步骤（3）取出后的坩埚的高出其内部待测样品表面的坩埚壁部分切掉；（5）将步骤（4）切割后的坩埚内的待测样品表面擦拭干净，再使用气体吹干，得到符合测试需求的待测样品。
8.优选的，步骤（1）、步骤（5）中的气体为氩气、氮气或压缩空气。
9.优选的，坩埚的材质为高纯石墨且内外抛光，坩埚为圆柱形结构，内径23~30mm，壁厚2~5mm，坩埚内高5~10mm。
10.优选的，步骤（2）中惰性气体为高纯氩气或高纯氮气。
11.优选的，步骤（2）中加热至高出待测样品熔点10~40℃，保温10~40min。
12.优选的，步骤（4）中线切割机的切割线为金刚石线。
13.优选的，步骤（5）中使用脱脂棉或无尘纸/布作为擦拭物并蘸取清洗剂无水乙醇或去离子水进行擦拭。
14.本发明的特点：本发明通过熔料的方式，将易碎测样品与坩埚紧密结合，当将带有待测样品的坩埚经过本发明处理后，将其放在element gd夹持器件间固定时，夹持器间的挤压力大部分作用于坩埚壁，避免了传统测样时样品直接夹在夹持器之间，夹持器间的挤压力直接作用于待测样品，而样品属性较脆，导致无法进行测试的问题；而且本发明提供了一种待测样品较少时的样品测前处理方法，避免了由于待测样品较薄，当gdms溅射次数击穿待测样品，而损坏夹持器的问题。
15.本发明的有益效果是：（1）本发明提供的element gd 辉光放电质谱检测少量易碎样品的测前处理方法，与传统测前处理使用的方法相比（压力渗透法）简单，易行，对操作人员的技术要求不高，不需要使用成本较高的高纯铟、钽等材料。
16.（2）本发明方法处理后的样品能满足用element gd辉光放电质谱仪检测的要求，将难以直接放在element gd夹持器中的少量易碎样品制备成可以满足正常测试需求的样品，并防止了样品被击穿后可能会造成夹持器损伤、损坏的问题。
17.（3）本发明方法提高了少量易碎样品使用element gd分析时的测试的成功率及准确性。
附图说明
18.图1为本发明方法的处理流程示意图；图2（a）为使用本发明的方法处理得到的待测样品（高纯硅）固定于element gd夹持器间，经辉光放电电质谱仪检测后的样品形态图；图2（b）为不经本发明处理直接将符合测试尺寸的少量高纯硅片直接置于element gd夹持器间固定，高纯硅薄片碎裂其形态图；图3为经本方法处理后的样品信号随时间的变化曲线图；
图中各标号：1-少量易碎待测样品、2-去离子水、3-无水乙醇、4-坩埚、5-气体、6-石英管、7-惰性气体、8-电炉、9-线切割机切割线、10-切割冷却水、11-蘸有清洗剂的擦拭物、12-处理后满足要求的待测样品、13-element gd辉光放电质谱仪夹持器。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
20.实施例1：如图1所示，本用于element gd 辉光放电质谱检测少量易碎样品的测前处理方法，具体步骤如下：（1）将22g高纯硅样品置于去离子水2中超声洗净，避免引入杂质，将高纯石墨且内外抛光的坩埚内外使用无水乙醇3擦拭干净，使用压缩空气吹干（附图1a至c所示，其中a-超声清洗待测样品、b-擦拭坩埚、c-吹干待测样品及坩埚）；（2）将经步骤（1）处理过的高纯硅样品置于步骤（1）特定尺寸的高纯石墨坩埚4中（坩埚内径23mm，壁厚2mm，内高5mm），将高纯石墨坩埚4放置在干净的石英管6中，将高纯氩气通入石英管6中，排出管内残余空气，再将装有高纯石墨坩埚4的石英管6置于电炉8中加热至1430℃（硅熔点1410℃）（附图1 d所示，d为将带有待测样品的坩埚放入石英管中通入惰性气体置于电炉中加热），保温15min，此时待测高纯硅已经完全融化，与高纯石墨坩埚紧密接触（附图1 e所示，e为保温使待测样品融化）；（3）保温结束后，关闭电炉，取出石英管6，待石英管自然冷却至50℃，将石英管6内带有待测高纯硅的高纯石墨坩埚4取出（附图1 f所示，f为冷却后取出带有待测样品的坩埚）；（4）使用金刚石线线切割机，用去离子水2做切割冷却剂，线切割机的切割线9为金刚石线，将步骤（5）中坩埚壁高出待测样品表面的部分切掉（即切掉3mm）（附图1 g所示，g为使用线切割机，在冷却剂的保护下切割坩埚多余部分）；（5）将步骤（5）中切割后带有高纯硅物料的高纯石墨坩埚4，使用脱脂棉依次蘸取无水乙醇和去离子水将待测高纯硅样品表面擦拭干净，再使用压缩空气吹干，得到符合测试需求的高纯硅样品（高纯硅片厚度2mm，直径23mm），（附图1 h、i、j所示，h为擦拭待测样品表面，i为成功制备出满足测试要求的待测样品、j为将处理好的待测样品置于element gd的中并固定）。
21.实施例2：如图1所示，本用于element gd 辉光放电质谱检测少量易碎样品的测前处理方法，具体步骤如下：（1）将45g高纯碲样品置于去离子水2中超声洗净，避免引入杂质，将高纯石墨且内外抛光的坩埚内外使用无水乙醇3擦拭干净，使用氩气吹干；（2）将经步骤（1）处理过的高纯碲样品置于步骤（1）特定尺寸的高纯石墨坩埚中（坩埚内径25mm，壁厚2.5mm，内高6mm），将高纯石墨坩埚4放置在干净的石英管6中，将高纯氮气通入石英管6中，排出管内残余空气，再将装有高纯石墨坩埚4的石英管6置于电炉8中加热至465℃（碲熔点452℃），保温20min，此时待测高纯碲已经完全融化，与高纯石墨坩埚4紧密接触；（4）保温结束后，关闭电炉8，取出石英管6，待石英管6自然冷却至30℃，将石英管内带有待测高纯碲的高纯石墨坩埚4取出；
（5）使用金刚石线线切割机，用去离子水2做切割冷却剂，将步骤（5）中坩埚壁高出待测高纯碲样品表面的部分切掉（即切掉4.3mm）；（6）将步骤（5）中切割后带有高纯碲物料的高纯石墨坩埚4，使用无尘布依次蘸取无水乙醇和去离子水将待测高纯碲样品表面擦拭干净，再使用氩气吹干，得到符合测试需求的高纯碲样品（高纯硅片厚度1.7mm，直径25mm）。
22.实施例3：如图1所示，本用于element gd 辉光放电质谱检测少量易碎样品的测前处理方法，具体步骤如下：（1）将90g高纯硒样品置于去离子水2中超声洗净，将高纯石墨坩埚4内外使用无水乙醇3擦拭干净，使用氮气吹干；（2）将经步骤（1）处理过的高纯硒样品置于步骤（1）特定尺寸的高纯石墨坩埚4中（坩埚内径28mm，壁厚3mm，内高8mm），将高纯石墨坩埚4放置在干净的石英管6中，将高纯氩气通入石英管6中，排出管内残余空气，再将装有高纯石墨坩埚4的石英管6置于电炉8中加热至240℃（硅熔点221℃），保温20min，此时待测高纯硒已经完全融化，与高纯石墨坩埚紧密接触；（3）保温结束后，关闭电炉8，取出石英管6，待石英管6自然冷却至20℃，将石英管内带有待测高纯硒的高纯石墨坩埚4取出；（4）使用金刚石线线切割机，用去离子水2做切割冷却剂，将步骤（5）中坩埚壁高出待测高纯硒样品表面的部分切掉（即切掉5mm）；（5）将步骤（5）中切割后带有高纯硒物料的高纯石墨坩埚，使用无尘布依次蘸取无水乙醇和去离子水将待测高纯硅样品表面擦拭干净，再使用氮气吹干，得到符合测试需求的高纯硒样品（高纯硅片厚度3mm，直径28mm）。
23.使用本发明的方法处理得到的待测样品（高纯硅）固定于element gd夹持器间，经辉光放电电质谱仪检测后，样品形态见附图2（a），形状完整，其信号随时间的变化见附图3，信号曲线稳定。不经本发明处理直接将符合测试尺寸的少量高纯硅片直接置于element gd夹持器间固定，高纯硅薄片碎裂其形态见附图2（b），不能满足测试要求、无法正常完成测试。说明使用本发明提出的方法对于少量易碎的样品进行测前处理可以满足element gd顺利进行辉光放电质谱检测。
24.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。