镍基合金因具有良好的抗氧化、抗腐蚀及断裂韧性等优异性能在航空、核电等领域得到广泛应用。合金中元素的种类及含量对材料的性能具有很大的影响，因此要对每种合金元素的含量进行严格控制，否则易在使用过程中析出有害相，损害合金的强度和韧性。砷锡锑铅等在合金中残存量极少，但对合金的性能影响却很大，当含量超出一定范围时就会降低钢的冲击韧性和抗拉强度、增加钢的脆性等。因此要严格控制钢中这些元素的含量，这不仅给材料冶炼提出了很高要求，也对化学分析工作提出了挑战。准确测定杂质元素的含量对于镍基合金材料研制、生产及实际应用中的质量控制具有重要意义。

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)作为一种高灵敏度、高效率、高选择性、应用范围广的多元素同步检测手段，已被广泛应用于各种金属、合金材料中微量及痕量元素的定性、定量分析。但由于镍基高温合金成分较为复杂，基体对于测定结果的干扰比较严重，导致样品中的痕量元素难以准确测定。单四极杆质谱仪采用He气碰撞模式可以消除基体简单的多原子干扰，但是对于纯度很高的镍基合金而言，由于镍基体复杂，以58Ni1H+，58Ni17O+为代表的多原子干扰对59Co+、75As+造成的质谱重叠难以去除，导致测试结果严重偏大。基于该现状，三重四极杆(ICP-MS/MS)利用优越的反应池技术，使用氧气质量转移模式，可以有效去除58Ni1H+，58Ni17O+对59Co+、75As+在m/z 59和75处的强烈干扰，使其在M+16 amu测量处不受影响，以实现Co，As含量的稳定测试分析。而对于其他干扰较小的元素，基于ICP-MS/MS强大的碰撞池技术即可实现该系列元素的良好测试分析。

本应用中心使用三重四极杆（ICP-MS/MS）碰撞模式测定镍合金中的Al、Mn、Fe、Cu、Zn、Se、Cd、Sn、Sb、Pb、Bi、Ag、Te元素，氧气质量转移模式测定镍合金中的Co、As，两种模式结合可以有效去除多原子干扰，实现镍合金的稳定测试分析。该分析方法操作简单，测试稳定，效率高，为实验室进行镍合金中杂质含量的准确测试分析提供思路和借鉴。

实验部分

仪器

图1 电感耦合等离子体质谱仪

样品处理

称取0.1 g样品于PFA Beaker中➡依次加入3 mL盐酸、2 mL硝酸、0.3 mL氢氟酸➡150℃电热板加热➡消解完全后赶酸至2 mL➡冷却，用超纯水转移至 100 mL PP瓶中稀释定容

标准曲线与检出限

在表3所示的浓度范围内，所有待测元素线性相关系数值均大于0.999。以全流程方法空白样品连续分析11次，所得结果以3倍标准偏差稀释倍数计算各元素方法检出限，见表3。各元素测定质量数、分析模式、线性相关性(相关系数以R2来衡量)也列于表3。

表3 测定元素质量数、相关系数及检出限

测试精密度

使用镍合金消解液连续进样7次，根据测试结果评价测试精密度，各元素精密度整体RSD＜4.56 %，具体测试结果如下表。

表4 方法精密度各元素测试结果(单位: mg/kg)

实际样品测试

对镍合金样品的三个平行样进行分析，测试结果见表5。

表5 元素测试结果(单位: mg/kg)

注:AVE：平均值

结语

本应用中心使用三重四极杆(ICP-MS/MS)碰撞模式测定镍合金中的Al、Mn、Fe、Cu、Zn、Se、Cd、Sn、Sb、Pb、Bi、Ag、Te，氧气质量转移模式测定镍合金中的Co，As，两种模式结合可以有效去除多原子干扰，实现镍合金的稳定测试分析。通过对镍合金标准物质直接测定分析，15种元素的测试值都在认定值的不确定度范围之内，数据准确度与参考值基本一致，可作为实验室镍合金中杂质含量的分析方法。

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