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X射线能谱仪/波谱仪校准用纯锰片锰元素含量标准物质研制

田东辉 申燕飞 王志刚 陈雅玲 胡岗 周洲 蒲成 刘苹 刘文军 时云霄 李旭

田东辉,申燕飞,王志刚,等. X射线能谱仪/波谱仪校准用纯锰片锰元素含量标准物质研制[J]. 计量科学与技术,待出版. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0053
引用本文: 田东辉,申燕飞,王志刚,等. X射线能谱仪/波谱仪校准用纯锰片锰元素含量标准物质研制[J]. 计量科学与技术,待出版. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0053
TIAN Donghui, SHEN Yanfei, WANG Zhigang, CHEN Yaling, HU Gang, ZHOU Zhou, PU Cheng, LIU Ping, LIU Wenjun, SHI Yunxiao, LI Xu. Study of Manganese Content of Pure Manganese Flake Reference Material for X-Ray Energy/Wave Spectrometer Calibration[J]. Metrology Science and Technology. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0053
Citation: TIAN Donghui, SHEN Yanfei, WANG Zhigang, CHEN Yaling, HU Gang, ZHOU Zhou, PU Cheng, LIU Ping, LIU Wenjun, SHI Yunxiao, LI Xu. Study of Manganese Content of Pure Manganese Flake Reference Material for X-Ray Energy/Wave Spectrometer Calibration[J]. Metrology Science and Technology. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0053

X射线能谱仪/波谱仪校准用纯锰片锰元素含量标准物质研制

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0053
基金项目: 国家重点研发计划课题《可靠性标准与检测平台》(2022YFF0605804);国家市场监管技术创新中心(石墨烯计量与标准技术)开放课题《石墨烯/铜复合材料制备及力电性能调控技术研究》(AKYKF2309)。
详细信息
    作者简介:

    田东辉(1997-),中国计量科学研究院在读研究生,研究方向:半导体薄膜和器件计量技术,邮箱:tianyihui0930@163.com

    通讯作者:

    李旭(1986-),中国计量科学研究院副研究员,研究方向:半导体薄膜和器件计量技术,邮箱:li-xu@nim.ac.cn

Study of Manganese Content of Pure Manganese Flake Reference Material for X-Ray Energy/Wave Spectrometer Calibration

  • 摘要: 研制了一种X射线能谱仪/波谱仪(EDS/WDS)校准用纯锰片锰元素含量标准物质,使用电子探针(EPMA)检验了纯锰片锰元素含量的均匀性和稳定性,采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对标准物质锰元素含量(质量分数,%)进行了定值,评定了标准物质的不确定度。研究表明:纯锰片标准物质锰元素含量的均匀性、稳定性良好,锰元素含量标准值为99.48%,扩展不确定度为0.92 %(k=2)。研制的EDS/WDS校准用纯锰片锰元素含量标准物质可满足EDS/WDS的校准需求,为我国科研界和产业界的锰元素分析提供技术支撑。
  • 图  1  纯锰片标准物质的表面图像

    Figure  1.  Surface images of pure manganese reference material

    图  2  锰元素含量标准物质的宏区均匀性检验示意图

    Figure  2.  Macro area homogeneity inspection diagram of reference material candidate with Mn content

    图  3  锰元素含量标准物质微区均匀性考察示意图

    Figure  3.  Micro area homogeneity inspection diagram of reference material candidate with Mn content

    图  4  标准物质量值溯源路径图

    Figure  4.  The traceability road of the reference material

    表  1  国外现有的元素含量和元素种类标准物质/样品

    Table  1.   Reference materials/samples of element content and type abroad

    机构类型/名称/编号形态元素适用仪器定值方法
    美国NIST有证标准物质(SRM 874)颗粒状Cu、Ni//
    有证标准物质(SRM 885)针状Cu//
    有证标准物质(SRM 682)圆棒状Zn//
    有证标准物质(SRM 2061)颗粒状Ti、Al、Nb、W/ICP-OES
    德国BAM有证标准物质(EDS-TM002)平块状Mn、Zn、Cu、Al、CEDS/
    美国TED PELLA公司标准样品(659-5 EDS Calibration Standard)平块状C、B、Si、MnEDS/
    标准样品(659-6 EDS Calibration Standard)SS*、SiO2、C、B、Mn
    标准样品(659-7 EDS Calibration Standard)C、Si、Au、Nb、Ge
    标准样品(659-8 EDS Calibration Standard)SS*、SiO2、C、BN、Mn
    标准样品(659-10 EDS Calibration Standard)Bi、Ir、Ho、Sn、Nb
    标准样品(659-12 EDS Calibration Standard)Fe2O3、SiC、CrN、CaB6、CaF2
    标准样品(659-22 EDS Calibration Standard)Au、C、Co、Ge、Rh、Si
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    表  2  国内一些机构研制的元素含量标准物质/样品和质量控制样品

    Table  2.   Reference materials/samples of element content and quality control samples developed by some domestic institutions

    机构 类型/名称/编号 形态 元素 适用仪器 定值方法
    中国计量科学研究院 高纯铜纯度标准物质(GBW02142) 圆柱状 Cu 质谱类、溶液类,加工
    后可用于EDS、WDS
    GDMS、HR-
    ICP-MS等
    沈阳有色金属加工厂 锌白铜光谱分析标准物质
    (GBW02105~ GBW02109)
    圆柱状 As、Bi、Fe、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Si、Zn 质谱类、溶液类 AAS、EDTA等
    沈阳有色金属加工厂 铝青铜成分分析标准物质(GBW02102、
    GBW02117~GBW02119)
    金属屑状 Al、As、Fe、Mn、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Zn 质谱类、溶液类 AAS、EDTA等
    中国地质科学院矿产资源研究所 标准样品(J24)、标准样品(K50)、标准
    样品(J11)、标准样品(J12)、标准样品
    (J19)、标准样品(J13)
    平块状 Mn、CaF2、Cu、Ni、Co、Si EDS、WDS /
    钢研纳克检测技术有限公司 质控样品(NCS205011)、质控
    样品(NCS205011)、质控样品(YSB
    C 11901)、质控样品(YSB C 11904)、
    质控样品(YSB C 11906)
    圆柱状、碎屑状、片状 Cr、Ni、Al、Cu、Mn 质谱类、溶液类,加工
    后可用于EDS、WDS
    ICP-AES、ICP-MS
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    表  3  标准物质候选物的长期稳定性检验结果

    Table  3.   The long-term stability of the reference material candidate

    检验间隔/月 锰元素含量(%) 平均值(%)
    1 2 3
    0 93.76 93.69 93.78 93.74
    3 93.61 93.53 93.68 93.61
    6 93.67 93.62 93.64 93.64
    9 93.59 93.66 93.65 93.63
    12 93.55 93.59 93.54 93.56
    b1 −0.011333 s(b1) 0.004962
    t0.95, n−2 3.18 t0.95, n−2∙s(b1) 0.015780
    |b1|<t0.95, n−2·s(b1),斜率不显著,样品稳定性好。
    稳定性引入不确定度为us=s(b1) ·t,$ {\mathrm{u}}_{\mathrm{s}}=\mathrm{s}\left({\mathrm{b}}_{1}\right)\cdot \mathrm{t} $us−l=s(b1t =0.06%
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    表  4  标准物质候选物的短期稳定性测量结果

    Table  4.   The short-term stability of the reference material candidate

    温度/℃ −20 50
    时间/天137137
    锰元素含量/%93.6493.6293.6493.5993.6393.68
    93.6293.6893.6393.6393.6793.65
    93.6693.6993.6193.6193.6493.67
    平均值/%93.64
    标准偏差/%0.03
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    表  5  纯锰片标准物质锰元素含量ICP-OES测试结果

    Table  5.   ICP-OES measurement results of Mn content of pure manganese flake reference material

    块体质量(mg)定容体积(mL)溶液中锰元素浓度(mg/L)块体中锰元素含量(%)块体中锰元素含量平均值(%)锰元素含量标准偏差(%)
    13.38100013.29799.3899.420.12
    13.31599.51
    13.33099.63
    13.31899.54
    13.28999.32
    13.31199.48
    13.30399.42
    13.28799.31
    13.29099.33
    13.31599.51
    13.27799.23
    13.30299.42
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    表  6  纯锰片标准物质锰元素含量ICP-MS测试结果

    Table  6.   ICP-MS measurement results of Mn content of pure manganese flake reference material

    块体质量
    (mg)
    锰消解后第一次稀释
    定容体积(mL)
    从第一次稀释定容的500 mL
    溶液中取0.5 mL进行第二次
    定容体积(mL)
    经历两次稀释定容后的锰溶
    液中锰元素浓度(μg/L)
    块体中锰元素
    含量(%)
    块体中锰元素
    含量平均值(%)
    锰元素含量
    标准偏差(%)
    14.54 500 1000 14.472 99.53 99.54 0.12
    14.451 99.39
    14.464 99.48
    14.473 99.54
    14.503 99.75
    14.461 99.46
    14.475 99.55
    14.468 99.50
    14.454 99.41
    14.505 99.76
    14.486 99.63
    14.462 99.46
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    表  7  纯锰片标准物质锰元素含量ICP-OES定值过程的不确定度

    Table  7.   The uncertainties of Mn content of pure manganese flake reference material sample measured by ICP-OES

    A类不确定度定值过程测量重复性引入的不确定度urep(%)0.12
    B类不确定度电子天平称量样品引入的不确定度um(%)0.26
    纯锰溶液定容过程引入的不确定度uV-sample(%)0.03
    SRM 3132标准物质校准仪器引入的不确定度uCRM-cal(%)0.13
    稀释配置SRM 3132标准物质引入的不确定度uCRM-dilution(%)0.13
    SRM 3132标准溶液自身的不确定度uCRM(%)0.12
    移液器移取SRM 3132标准溶液引入的不确定度upipette(%)0.03
    SRM 3132标准物质稀释定容体积引入的不确定度uV-CRM(%)0.06
    ICP-OES标准曲线引入的不确定度ucurve(%)0.02
    ICP-OES定值过程的合成标准不确定度uc-OES(%)0.32
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    表  8  纯锰片标准物质锰元素含量ICP-MS定值过程的不确定度

    Table  8.   The uncertainties of Mn content of pure manganese flake reference material sample measured by ICP-MS

    A类不确定度定值测量重复性引入的不确定度urep(%)0.12
    B类不确定度电子天平称量样品引入的不确定度um(%)0.22
    锰溶液定容过程引入的不确定度uV-sample(%)0.05
    锰溶液二次稀释时移液器引入的不确定度upipette-solution(%)0.03
    SRM 3132标准物质校准仪器引入的不确定度uCRM-cal(%)0.17
    稀释配置SRM 3132标准物质引入的不确定度uCRM-dilution(%)0.17
    SRM 3132标准物质自身的不确定度uCRM(%)0.12
    移液器移取SRM 3132标准物质引入的不确定度upipette-CRM(%)0.03
    SRM 3132标准物质稀释定容体积引入的不确定度uV-CRM(%)0.12
    ICP-MS标准曲线引入的不确定度ucurve(%)0.02
    ICP-MS定值过程的合成标准不确定度uc-MS(%)0.31
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    表  9  纯锰片标准物质锰元素含量的结果表达

    Table  9.   The results of Mn content of pure manganese flake reference material

    标准物质特征量标准值(%)扩展不确定度U(%)(k=2)
    纯锰片锰元素含量99.480.92
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-02-26
  • 录用日期:  2024-05-09
  • 修回日期:  2024-07-04
  • 网络出版日期:  2024-07-09

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