ICS 71. 040. 40 G 04 YB 中华人民共和国黑色冶金行业标准 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 2012-11-07 发布 2013-03-01实施 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/T1.1-2009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 情气熔融提取法inertgasfusionextraction 在情性气体中，将样品置于高温炉中熔融，待测元素以气体形式被提取到情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。 1 YB/T 4304—2012 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 suspended heatingfurnace 导电样品被投入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 mass analyzer 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人无场漂移管，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/z）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-sectormassanalyzer 见GB/T6041-—20024.3.1。 3.13.3 四极质量分析器 quadrupoleanalyzer 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。 2 YB/T4304—2012 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massaxisstability 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totalioncurrentgraph 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，不送人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signal to noiseratio 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 在各种气氮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。 质谱检测 提取炉控制 钢瓶气体 打印报表 远程传输 实时监控/报警 终端显示 6 信号采集 数据处理 减压蘭 标准气体 电路系统 质量分析器 气路系统 离子源 熔融或燃烧炉 和建区 支流扩 散毛细 管接口 检测器 冷却系统 净化、转化系统 1-—载气或标气气源； 一提取装置； 3—支流扩散毛细管接口； 一质谱仪； 一计算机及软件； 6—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。 4 YB/T4304—2012 情气熔融提取方式中，采用高纯氩气、氨气或氮气作为保护气和载气；燃烧法提取方式中，采用高纯 氧作为反应气和载气；真空熔融提取方式中，不使用载气，而采用泵抽取收集的方式。 5.2标准气体气源 含量已知的标准气体，不经过净化，直接由钢瓶经减压后，经过熔融或燃烧炉进入质谱。 5.3提取装置 的净化转化系统，应具有稳定的温度区间，加载功率可调，有恰当的冷却保护。真空熔融提取应保证提取 系统的密封性和所需的真空度。 对固体无机材料样品中氧、氮和氢的提取，通常采用惰气熔融提取方式，使用脉冲电极炉、电阻炉、悬 浮熔融炉等，氢也可采用真空熔融提取。氧的提取产物为CO或CO2，氮和氢的提取产物为N²和H2。 对固体无机材料样品中碳和硫的提取，通常采用氧气中燃烧的提取方式，使用电阻炉、高频感应炉、 电弧炉、悬浮熔融炉等，提取产物为CO2和SO2。 对特殊无机材料中的氩和氨的提取，