ICS 71. 040. 40 G 04
YB
中华人民共和国黑色治金行业标准
YB/T 4304—2012
熔融提取-质谱分析方法通则
General rule for fusion extraction-mass spectrometric analysis method
201:3-03-01实施
2012-11-07发布
中华人民共和国工业和信息化部 发布 YB/T4304—2012
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由中国钢铁工业协会提出。 本标准由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183)归口。 本标准起草单位：钢铁研究总院、北京纳克分析仪器有限公司。 本标准主要起草人：杨植岗、沈学静、王蓬、胡少成、杨倩倩、崔秋红、罗倩华、王海舟。 本标准为首次发布。 YB/T4304—2012
熔融提取-质谱分析方法通则
1范围
本标准规定了用熔融提取-质谱分析方法进行金属或其他固体无机材料中碳、硫、氧、氮、氢、氩和氨等元素定量分析的相关术语和定义、基本原理以及对仪器设备、样品、测试条件等的-一般要求。
本标准适用于金属或其他固体无机材料中碳、硫、氧、氮、氢、氩和氨等元素的熔融提取-质谱分析方法国家标准的制（修）订。 2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单适用于本文件。
GB/T6041—2002质谱分析方法通则 GB/T14265一1993金属材料中氢、氧、氮、碳和硫分析方法通则
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
真空熔融提取法vacuumfusionextraction 样品在真空系统中高温熔融，收集从样品中释放的气体物质的提取方法。
3. 2
惰气熔融提取法inertgasfusionextraction 在惰性气体中，将样品置于高温炉中熔融，待测元素以气体形式被提取到惰性气流中的提取方法。
3. 3
燃烧法combustionmethod 样品在氧气流中燃烧，待测元素被转化为气态氧化物的提取方法。
3. 4
悬浮熔融提取法suspendedfusionextraction 样品在外壁缠有高频线圈的提取管中，因感应受力而悬浮并受热熔融。在惰气流中或氧气流中将待
测元素转化为气态物质的提取方法。 3.5
脉冲电极炉pulseelectrodefurnace 由上下两电极组成，电极由金属材料制成，电极内部有水冷却，电极之间放置石墨埚：用于熔融样品。
3. 6
高频感应燃烧炉highfrequencyinductioncombustionfurnace 位于感应线圈中心部位的埚中样品产生涡流效应，在氧气的助燃下燃烧。燃烧过程中，可将样品
中待测元素以气态氧化物或情性气体的形式脱出。 3.7
电阻炉resistancefurnace 通过电阻丝或硅碳棒加热炉体产生高温，使样品熔融，将样品中的待测元素以气体形式提取出来。
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3.8
电弧炉arcfurnace 通过阴阳电极间的电弧放电而在加热炉中产生高温，使样品燃烧熔融，将样品中的待测元素以气体
形式提取出来。 3. 9
悬浮加热炉suspendedheatingfurnace 导电样品被投人高频感应线圈产生的电磁场中，受到升力悬浮于炉体中，因感应被加热至高温熔融，
将样品中的待测元素以气体形式提取出来。 3. 10
支流扩散毛细管接口bypassdiffusioncapillaryinterface 熔融提取炉和质谱离子源之间的连接元件，可将极少量的提取产物以扩散方式连续、稳定地引人质
谱仪的离子源区。 3.11
离子化源ionizationresource 在质谱仪中，把被测物分子离子化的装置。
3.12
电子轰击离子化源（EI离子源）electronimpactionizationresource 使用电子束轰击待测组分分子使其离子化的装置。
3.13
质量分析器 massanalyzer 3.13.1
飞行时间质量分析器timeofflightmassanalyzer 由离子化源产生的离子经加速后进入无场漂移管，同电荷数的离子所获得动能相同，各自以恒定的
速度飞向离子接收器；离子到达接收器所用的飞行时间和离子的质荷比（m/之）相关。根据飞行时间的不同可以实现不同质荷比的离子的分离和检测。
通过测量各种离子到达离子接收器的飞行时间，得到离子的质荷比值；对接收器获得的信号进行数学处理，得到待测元素的质量分数。 3.13.2
扇型磁质量分析器 magnetic-sector mass analyzer 见GB/T6041--20024.3.1。
3.13.3
四极质量分析器 quadrupole analyzer 见GB/T6041—20024.3.2。
3.14
检测器detector 3.14.1
微通道板检测器 micro-channelplate 常用于飞行时间质谱。将电子倍增管微型化，集成为微型多通道板（MCP)检测器，用于接收从离子
源飞来的离子，并产生系列电信号输出。 3.14.2
法拉第筒或电子倍增器faradaycuporelectronmultiplier 常用于磁质谱或四极质谱。
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见GB/T6041—20024.4。 3. 15
真空系统 vacuumsystemofmassspectrometer 保证质谱工作的高真空，通常采用机械泵和分子泵双泵系统，也可采用离子泵单泵系统。
3.16
质量范围 massrange 质谱仪器所能检测的最低和最高质量区间。
3.17
分辨率massresolution 在给定的条件下，质谱分辨相邻两个离子质量的能力。最常用的表达方式为M/△M。
3.18
质量轴的稳定性 Emassaxis stability 质谱测定离子质量的坐标在一定时间内发生漂移的幅度，一般为单位时间内漂移的质量单位数。
3. 19
总离子流图 日total ion currentgraph 含样品熔融提取产物的气流中各种质荷比离子所产生的总电流强度或总离子数与时间相对应的关
系图。 3. 20
背景background 在与样品分析相同的条件下，不送入样品时气流所产生的质谱响应。
3.21
灵敏度sensitivity 在规定条件下，仪器对单位质量的样品在某个质谱峰位置，所产生的响应值。
3. 22
信噪比signaltonoiseratio 在质谱分析中，信号强度与噪声强度的比值。
3. 23
助熔剂flux 在高温下能降低试样的熔点，加速反应，使待测元素快速以气态形式释放出来的物质，也称加速剂。 见GB/T14265-1993。
3. 24
熔浴bath 预先按比例加入一种或数种金属于石墨埚中熔融造浴，此熔体称熔浴。 见GB/T14265—1993。
3, 25
标准气体进样装置standardgasintroductiondevice 实现向载气中定量注人标准气体的功能。采用这一装置可模拟样品脱气过程，考察质谱检测器的功
能，或者进行标准气体校准等。
4原理
在各种气氛的加热炉中熔融或燃烧样品，使固体无机材料样品中碳、硫、氧、氮、氢、氩和氨等元素以各种气态物质的形式被提取出来；提取产物被载出或收集，根据分析需要进行过滤、脱水和化学转化等处
3 YB/T4304—2012
理过程，并对气流进行稳压和稳流；净化处理后的气体通过支流扩散毛细管引人质量分析器，被测物质被离子化、聚焦成离子束、在加速电场被加速、在质量分析器中按质荷比分离，最终到达检测器产生系列电信号；对电信号序列进行采集、放大、积分、统计和数学处理，分别得到被测样品中各待测元素的质量分数。 5仪器
仪器由载气气源（真空熔融提取方式不用）、提取装置（加热或燃烧炉）、支流扩散毛细管接口、电子轰击离子化源、真空系统、质量分析器、检测器、信号采集和数据处理系统、计算机和打印机等构成。
仪器系统的组成如图1所示。
减压阀 净化装置
质谱检测
提取炉控制
钢瓶气体
打印报表远程传输终端显示
实时监控/报警
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数据处理
信号采集
减压阀
n
标准气体
电路系统
气路系统
熔融或燃烧炉
离子源
加速区
质量分析器
支流扩散毛细
管接口
检测器
冷却系统
净化、转化系统
c
1-
一载气或标气气源；提取装置；支流扩散毛细管接口；一质谱仪；
2-
3.
一计算机及软件；
5- .
一结果输出。
图1熔融提取-质谱气体元素分析仪组成示意图
5.1载气气源
对于使用情气或氧气载带的提取方式，需要载气气源，包括气体钢瓶、减压阀和净化装置等。
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对于粉末状样品，多采用铂、镍或锡箔包裹投样，这些金属也起到助熔的作用。
7测试条件与步骤
7.1仪器的环境条件
实验室温度与湿度应符合仪器规定要求，温度一般应在20℃～30℃，相对湿度通常小于70%。 仪器应放置于水平的工作台上，避免震动和阳光直射。 电源应符合规定，供电电源的电压和频率应稳定，避免各种强磁场，高频电场的干扰，同时防止质量
分析器受到其他设备的干扰。
仪器应保证良好的接地和绝缘。 工作环境中避免高浓度有机溶剂蒸汽或腐蚀性气体。
7.2仪器的准备
按仪器说明书要求检查所有部件的连接情况，确保电源、载气、动力气和循环水等连接完好，并确保计算机与仪器的控制和数据通讯情况良好。
按仪器说明书要求更换化学试剂、过滤装置等。 按仪器说明书的要求，开机后充分预热，使仪器的各种工作参数如温度、功率、气压、流量等达到设定
值。
检查并调整仪器至最佳状态。 7.3分析方法的建立
根据样品中各待测元素的含量范围、提取产物的种类、灵敏度和干扰情况，选择各元素检测对象的分析谱线，设定每条分析谱线数据采集的起止时间，设置阈值电压，选择干扰校正方法等。 7.4仪器的校准 7.4.1校准样品
使用一系列含有待测元素并有含量梯度的校准样品（包括基准物质、有证参考物质和标准混合气体）在分析条件下进行测定。用各元素分析谱线对应的质谱信号强度和校准样品中相应元素的含量（或由标准混合气体换算的元素含量）绘制校准曲线。
建立校准曲线时，应考虑仪器空白、背景、质谱干扰的计算和扣除。 为避免校准样品系列不合适对分析结果带来的偏差，所选校准样品的物理化学性质应尽可能同待测
样品相似，并覆盖待测元素的含量范围。
对于氩和氨元素，较难获取系列标准样品，可采用体积分数（摩尔浓度）已知的标准混合气体做校准曲线。 7.4.2校准曲线的建立
对每种待测元素，至少准备3个以上含量不同的校准样品。 按照仪器说明书的要求执行校准程序。每个校准样品分析3次，取各元素分析谱线的质谱信号强度
的平均值，与元素含量的标准值绘制校准曲线，通常由软件自动完成，并输出校准工作曲线的数学表达式和线性相关系数。
用中间含量或参与校准的任一种标准样品的分析结果验证校准的可靠性。 7.5空白的扣除
仪器的空白由炉体、管路中残存的气体、所用试剂、载气和埚中的杂质等多种因素引起，在进行样品分析时会造成干扰，应通过各种手段和方法降低空白。
a）通过吹扫等方法尽量减少气路系统中残存的气体或样品。 b）试剂、载气、埚、助熔剂等的空白，应在分析条件下，至少进行3个空白值测定，计算空白平均
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