鋼研納克ICP光譜儀測定電池級(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。
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。混合元素標(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)溶液單獨(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)測量空白溶液 11次，以空白測定標(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 測定。

Plasma1500型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）測定高純石墨中的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（鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司）是一種使用方便、操作簡單、多元素檢測的國產(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)測儀器參數(shù)，具有艙門監(jiān)測、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
檢測器冷卻：高效半導(dǎo)體制冷，制冷溫度-10℃
分析性能：
觀測方式：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

鋼研納克ICP光譜儀測定鋰離子電池電解液中的雜質(zhì)元素
鋰離子電池電解液是電池中離子傳輸?shù)妮d體。一般由鋰鹽（六氟磷酸鋰）和有機(jī)溶劑（酯類）組成，金屬雜質(zhì)的含量直接影響鋰離子在電解液中的傳導(dǎo)率以及電極的容量和使用壽命。金屬雜質(zhì)離子具有比鋰離子低的還原電位，在充電過程中會(huì)嵌入碳負(fù)極，減少電池的可逆容量。高濃度的金屬雜質(zhì)離子的析出還可能導(dǎo)致石墨電極表面無法形成有效的鈍化層，使整個(gè)電池遭到破壞。依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 4067-2008，相應(yīng)金屬雜質(zhì)元素含量應(yīng)小于10μg/g。
常規(guī)的樣品前處理使用濕法消解技術(shù)，這一過程使用大量酸長時(shí)間、反復(fù)消解，由此引入的空白累加結(jié)果可能已經(jīng)超過了樣品本身的含量，導(dǎo)致樣品更加難以準(zhǔn)確測定。本方法使用鋼研納克檢測技術(shù)有限公司自主研發(fā)的Plasma 2000型全譜電感耦合等離子體光譜儀，采用有機(jī)物直接進(jìn)樣測定電池電解液中雜質(zhì)元素含量，極大降低了基體噪聲，提高了檢出能力，克服了常規(guī)前處理中引入大量試劑空白、難以控制雜質(zhì)引入、微波消解周期長、難以控制及樣品稀釋等問題，為鋰離子電池電解液中雜質(zhì)元素的測定提出了簡單、快捷的測試方法。
技術(shù)亮點(diǎn)：
1. 有機(jī)物直接進(jìn)樣：使用有機(jī)進(jìn)樣系統(tǒng)，采用有機(jī)溶液直接進(jìn)樣，取代了傳統(tǒng)的大量使用強(qiáng)氧化劑濕法消解的方法，大大簡化了前處理的流程和時(shí)間，同時(shí)可以有效避免有機(jī)樣品加熱消解時(shí)引起的元素?fù)p耗和引入的空白。
2. 多元素同時(shí)測定：ICP-2000為全譜型光譜儀，可以對(duì)多個(gè)不同元素同時(shí)測定。
3. 無須基體匹配：采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，將標(biāo)油加入電解液中，無需進(jìn)行基體匹配。
儀器配置
Plasma 2000 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀
觀測方式：徑向觀測
進(jìn)樣系統(tǒng)：有機(jī)進(jìn)樣系統(tǒng)
分光系統(tǒng)：中階梯光柵與棱鏡交叉色散結(jié)構(gòu)，全譜瞬態(tài)直讀
檢測器：大面積背照式CCD芯片，高紫外量子化效率，寬動(dòng)態(tài)范圍
光源：高效固態(tài)射頻發(fā)生器，小體積高效率
Plasma 2000儀器檢測條件
觀測方向 載氣流量
（L/min） 輔助氣流量
（L/min） 冷卻氣流量
（L/min） 氧氣流量
（L/min）
徑向 0.35 0.4 20 0.018
RF功率
（W） 曝光時(shí)間
（s） 進(jìn)樣時(shí)間
（s） 泵速
（rpm）
1350 8 120 20
檢測方法
將5g樣品置于塑料瓶中，加入不同質(zhì)量的標(biāo)油，再加入一定量合適的稀釋劑，定量到10g，搖勻，直接進(jìn)樣測試。
圖1 Cr元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線和譜圖
檢測結(jié)果
結(jié)論
本方法采用有機(jī)進(jìn)樣系統(tǒng)與Plasma 2000全譜型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀聯(lián)用的方法測定鋰離子電池電解液中的Cr、K、Na、Ca、Fe、Pb，測試結(jié)果與行標(biāo)HG/T4067-2008對(duì)比，相應(yīng)元素均未超標(biāo)，方法有效解決了有機(jī)物消解過程中引入大量背景離子的問題，大大提高了檢測效率，適用于鋰離子電池電解液中的Cr、K、Na、Ca、Fe、Pb等離子的快速檢測。