在高端制造迈向极致性能的时代,金属材料的边界正在被不断突破——从特钢的微量控制到高纯靶材ppt级定值,从稀土杂质剥离到有色合金失效溯源,材料的纯度、结构与稳定性直接决定了工业体系的精度与寿命。赛默飞世尔科技依托完整痕量元素分析产品矩阵,为金属材料行业打造一站式解决方案,帮助客户穿透"成分-结构-性能"的黑箱,以全维度分析之力,助您洞见金属之“芯”。


金属材料检测选型决策树

 

 来料控制精确质量控制高纯样品分析

iCAP PRO 系列
iCAP PRO 系列
电感耦合等离子体光谱仪
iCAP MSX
iCAP MSX
电感耦合等离子体质谱仪
iCAP MTX
iCAP MTX 三重四极杆
电感耦合等离子体质谱仪
 Element GD Plus
Element GD Plus
辉光放电质谱仪

  • 常规元素超标
  • 基体复杂/高盐分
  • 预算有限/通量高
  • 痕量级限值要求
  • 干扰误判风险
  • 样品量大/种类杂
  • 基体复杂样品
  • 高纯材料研发瓶颈
  • 方法开发难度大
  • 样品难溶剂/消解
  • 深度剖析需求
  • 高纯材料认证

  • ppm级精准定量
  • 耐高盐设计
  • 氦气节省技术
  • 全谱直读(CID检测器)
  • <ppb级检出限
  • 多种干扰消除模式
  • 高基体耐受性
  • 速度快/灵敏度高
  • ppt及亚ppt级检出限
  • 终极干扰消除
  • 全自动方法开发
  • 固体直接分析(黄金标准)
  • 全元素覆盖(含C/N/O)
  • 高分辨扇形磁场(R=10,000)
  • 深度剖析能力
  • 12个数量级动态范围

  • 有色合金质量控制
  • 炉前快速分析
  • 电镀液/酸洗液监测
  • 元素合规检测
  • 金属材料纯度质控
  • 环境监测
  • 高纯金属/靶材分析
  • 材料研究
  • 高纯金属认证
  • 难熔合金/陶瓷
  • 失效分析/镀层分析


应用案例

 

客户痛点:

  • 构成高温合金主体成分的元素为铁、钴、镍,同时含有较多的钨、钼、钒、钛、铬、铝、铌等元素成份
  • 样品基质复杂,这些元素在光谱分析中为典型的富线元素,在170 nm - 800 nm 
  • 波长范围内涵盖了近14700 多条谱线,复杂光谱背景将会对绝大部分的低含量元素产生严重的干扰

iCAP PRO


实验结果:

1. 分析元素的方法检出限及方法定量限:

实验采用试样空白溶液进行连续10 次的测量,以10 次试样空白的3 倍标准偏差做为该条件下的方法检出限(mg/L),方法定量限采用10 次试样空白溶液的10 倍标准偏差乘以稀释因子250(0.2g50mL)即得:

分析元素的方法检出限及方法定量限 

2. 对样品溶液进行二次重复测量,各元素含量的平均值如下表所示:

对样品溶液进行二次重复测量,各元素含量的平均值 


赛默飞技术优势:

  • 优异的灵敏度:NDRO+eUV 增敏技术可以获得真空紫外区谱线PPB 级的检出限,CID821 检测器紫外量子化效率高,确保<190nm 以下波长具有极佳的灵敏度,如Al 167、P 178、S180 等
  • 400 万像素级高精度谱图解析检测器:iFR 167-852 同时刻曝光,可在1 分钟内完成多达70 个元素的测定
  • 高光通量高分辨率:200nm 处光学分辨率为0.007nm,P213.618、Cu213.598nm 谱线可完全分开
  • 高性能分析:优异的光学系统结构和光学元件参数,全固式结构中阶梯光栅和棱镜二维交叉色散设计,结合大面积面阵式CID 检测器,有效降低邻近谱线干扰和消除光谱跨级干扰
  • 高精度分析:38±0.1℃光室恒温和多种路质量流量控制器确保无与伦比的稳定性

客户痛点

  • 基体效应:稀土合金类样品由于TDS较高,标准溶液和实际样品基体存在较大差异,基体效应非常大
  • 质谱干扰:稀土元素的同位素较多,待测重稀土元素极易受到样品基体中轻稀土元素同量异位素干扰,以及稀土氧化物、稀土和氢碳氮等结合的多原子离子干扰

实验结果

样品测试结果和加标回收率 (测试结果和加标浓度均已换算至固体样品)

样品测试结果和加标回收率 


赛默飞技术优势

  • iCAP MSX ICP-MS标配独特的预置氩气稀释技术,Qtegra软件中一键即可自由选择5倍-100倍的稀释倍数,能够有效克服样品的基体效应,获得较好的内标回收率。
  • 多种干扰消除:丰度较小的多原子离子干扰,采用以氦气为碰撞/反应气体的动能歧视 (KED) 作为综合干扰去除方法。而Dy Tb元素每个质量数都受到丰度较大的多原子离子干扰,采用高氦模式(7.0ml/min He气)可获得较好的干扰去除效果。
  • iCAP MSX ICP-MS方法可准确快速测定稀土永磁样品中7种出口管控中重稀土元素 ,方法检出限远远低于管控要求,加标回收率和精密度数据良好。

客户痛点:

  • 特种锆中杂质元素B: 10B和11B检测需要ICP-MS在轻质量区域具有更高的灵敏度
  • 特种锆中杂质元素Cd:Cd同位素受到90Zr.16O、92Zr.16O、94Zr.16O,94Zr.16O.1H、96Zr.16O、96Zr.16O.1H、96Zr.18O氧化物类多原子离子干扰
  • Zr-0级锆Fe/Mn/W/Ta/Nb等:高铁基体中55Mn潜在受到54Fe、54Fe.1H和56Fe质谱重叠和拖尾干扰,181Ta受180Hf.1H干扰,93Nb严重受到92Zr.1H干扰

iCAP MTX ICP-MS/MS


实验结果

✓ 按照设定的测量参数和采集模式,进行标准曲线和样品的测量,所有测试数据完成于常规等级非洁净间实验室:

按照设定的测量参数和采集模式,进行标准曲线和样品的测量,所有测试数据完成于常规等级非洁净间实验室 

✓ O2反应模式: On-Mass or Mass-Shift:

选择了含有5390mg/L的Fe溶液进行了测试,设定Q1进行55±0.35amu的精准质量数筛选,分别QCell碰撞反应池中使用了N/A(无气体)、He、O2、H2、NH3 5种测量模式,通过Q3质量分析器的On-Mass采集模式对54Fe、55Mn、56Fe离子进行监测可以如下结论:

1.NA(无气体)模式:56Fe的m-1拖尾是55Mn的主要干扰形式,通过设定Q3高分辨模式解决(右图m±0.15amu)

NA(无气体)模式:56Fe的m-1拖尾是55Mn的主要干扰形式,通过设定Q3高分辨模式解决

2.He& O2模式:两种模式下56Fe的拖尾干扰得到有效去除,几乎不产生贡献干扰;He模式下54Fe.1H仍然存对55Mn存在贡献干扰,干扰水平约为高于预期值的10%左右;O2对于5000mg/L量级的Fe溶液是最为有效的碰撞反应池干扰去除模式,并且不受铁基体产生的任何干扰,可确保结果的100%准确性。

He& O2模式

3.H2& NH3模式:两种模式下56Fe的拖尾干扰水平微弱,几乎不产生贡献干扰;两种模式下54Fe.1H是最主要的干扰形式,其中H2模式更严重于NH3模式,主要源于Fe-FeH的形成焓和溶解焓特性、电荷转移效率以及碰撞反应池中与氢气发生的副反应。H2模式下干扰水平约为高于预期值的150%左右,NH3模式下干扰水平约为高于预期值的30%左右。

H2& NH3模式


赛默飞技术优势

  • iCAP MTX ICP-MS/MS两级质量分析器和反应池结构,采用物理分辨和化学反应相结合的技术,实现了等效的化学高分辨效果,可靠地规避了邻近质谱的拖尾干扰和多原子离子类质谱重叠干扰,并能获得易受特定干扰的杂质元素理想的定量下限和结果准确度。
  • 通过行业产品指标、不同类仪器和不同实验室不同品牌仪器的数据对比,显示iCAP MTX ICP-MS/MS在灵敏度(<0.00005% B和<0.00005% Cd)、干扰去除能力(<0.00005% Cd 和<0.0003% Nb@4000mg/L量级锆溶液中,以及Hf、W和Ta、准确度、基体耐受性等方面具有优异的表现,完全适用于该行业中特种锆、海绵锆、氧化锆、氯化锆、氧氯化锆同类产品中多种杂质元素的准确检测。
客户痛点
  • 薄膜/涂层分析能力不足:传统GD-MS扫描速度慢,难以用于薄膜/多层结构分析,纳米级层(如2 nm钝化层)难以分辨
  • 深度分辨率与灵敏度难以兼顾:GD-OES 深度分辨率有限,常规GD-MS:灵敏度高但不适合深度剖析
  • 痕量/超痕量元素难以在界面识别:界面区域(如涂层/基底)中ppm甚至更低浓度元素难检测,及关键失效元素(Cu、Ti等)难以识别分布
  • 多元素全面分析能力不足:无法一次性获取全元素分布
  • 复杂样品适应性差:实际样品表面粗糙,多层结构复杂,而传统方法对样品要求高

实验结果:

将所得结果与ISO 25138:2010相关国际实验室比对(GD-OES测试方法开发)结果进行比较,可以清楚地看出,μs-FF-GD-MS的分析结果与GD-OES测试结果高度一致

将所得结果与ISO 25138:2010相关国际实验室比对(GD-OES测试方法开发)结果进行比较

与光发射技术相比,μs-FF-GD-MS的检测灵敏度提高了数个数量级。即使在低ppm浓度范围内的特征,也能够在深度剖面中被清晰分辨

与光发射技术相比,μs-FF-GD-MS的检测灵敏度提高了数个数量级


赛默飞技术优势

  • 纳米级深度分辨能力(核心突破):深度分辨率<10 nm,可解析2 nm钝化层和多层薄膜结构
  • 高灵敏度 + 低溅射速率(兼顾分辨率与检测限):脉冲模式下降低功率并保持高灵敏度,实现纳米分辨率 + 痕量检测同时成立
  • 痕量到超痕量检测能力(ppm → ppt):可检测ppm级界面元素分布(Cu、Ti等),灵敏度显著优于GD-OES(多个数量级)
  • 全元素覆盖:支持多元素同时分析(示例:14元素/100点) ,提供完整化学组成 + 深度分布
  • 优异的样品适应性(真实工业样品友好):可分析粗糙表面和多层结构样品,sputtering过程保持层结构特征
Style Sheet for Global Design System