土壤中有效钼(Mo)是评价土壤肥力的重要指标,但其在土壤中的含量较低,准确快速测定土壤中有效钼,对指导农业生产具有重大意义。实验采用3种浸提剂对土壤样品中有效钼进行浸提,选择⁹⁵Mo为测定同位素,利用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)进行测定。研究发现,在氦气(He)碰撞模式下测定有效钼,选择¹⁰³Rh为内标可有效消除基体效应;对3种浸提剂测定结果进行比较分析,确定了利用草酸铵溶液浸提土壤有效钼占有一定的优势,更能反映农业土壤有效钼含量的实际供应状况。方法的检出限为0.002 mg/kg。对土壤样品进行精密度和正确度考察,有效钼测定结果的相对标准偏差(RSD,n=6)在1.2%~5.4%范围内,2个土壤有效态成分分析标准物质中有效钼测定结果均在认定值参考范围内,相对误差为0~4.7%。分别采用两种检测方法对不同类型土壤实际样品进行测定,并采用t检验进行比较验证,结果均无显著性差异。建立的方法可为不同类型土壤有效钼的检测提供可靠的技术支撑。

易切削钢中硫化物夹杂物的形貌、尺寸等对钢的切削性能有重要的影响,目前国内缺少评定易切削钢中硫化物的有效方法,影响了易切削钢切削性能及其质量的判定。本文结合国内外易切削钢硫化物的评定标准,包括国家标准GB/T 10561—2023、德国标准SEP 1572-2019、法国标准NF A04-108-1986和国内新制定的行业标准YB/T 6458—2026,介绍了4种评定易切削钢中硫化物的方法。文中对各方法的评定过程、内容、结果等进行了介绍。这4个标准中的方法各有不同,其中国家标准GB/T 10561—2023主要是根据夹杂物的长度、宽度对各类夹杂物的级别进行评定,夹杂物包括硫化物、氧化铝、硅酸盐和氧化物4类,不适用于易切削钢中硫化物夹杂物评定;德国标准SEP 1572-2019是根据硫化物的长度、宽度及面积等尺寸形成了以行标、列标排列的26张图谱,采用比较法和图像仪法进行评定,结果以表示行标和列标的K.Z表示;法国标准NF A04-108-1986将硫化物划分为纺锤形和线状两种形貌夹杂,并根据二者形状比例将硫化物划分为A～I 的9个级别进行比较评定;硫化物行业标准YB/T 6458—2026包含纵向硫化物夹杂物级别的评定和横向硫化物夹杂物分布均匀性的评定,其纵向硫化物的级别评定方法是在采标德国标准SEP 1572-2019基础上制定的,横向硫化物采用Delaunay三角剖分法进行分布均匀性评定。文中对上述标准中较难理解的德国标准中的图像仪法和国内行业标准中硫化物横向分布均匀性评定方法进行了实例说明,便于更好地使用。通过本文对各方法的描述和介绍,希望使用时可采用合适的硫化物评定方法,给易切削钢产品的研发和生产提供有效的帮助和支持。

准确测定土壤有效钼对科学施肥与农业可持续发展至关重要。针对NY/T 1121.9—2023草酸-草酸铵溶液浸提法(振荡方式)前处理耗时长(静置10 h)、批量效率低的问题,本研究建立了草酸-草酸铵溶液浸提法(恒温涡旋方式),电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定土壤有效钼的方法。通过单因素及正交试验优化样品粒度为60~100目(0.250～0.149 mm)、提取温度为(25±3) ℃、土液比(主控因素)为1∶10、提取时间为10 min、涡旋转速为1 200 r/min,实现10 min高效浸提。方法检出限为0.009 mg/kg,定量限为0.036 mg/kg。按照实验方法测定土壤有效态成分分析标准物质(GBW07412b、GBW07413b、GBW07414b)有效钼,结果的标准偏差(n=8)不大于0.017 mg/kg,相对标准偏差(RSD,n=8)不大于8.4%,相对误差的绝对值(RE)不大于10%。实验方法用于测定江苏徐州、湖北荆门、浙江嘉兴等区域土壤样品有效钼,结果的RSD(n=8)为3.7%～5.5%。分别采用NY/T 1121.9—2023的振荡方式与本文的恒温涡旋方式处理土壤有效态成分分析标准物质(GBW07412b、GBW07413b、GBW07414b、GBW07416b、GBW07458a、GBW07460a)及实际土壤样品,使用ICP-OES测定有效钼,结果显示两种方法测定平均值之差不大于0.05 mg/kg,相对标准偏差(n=8)无显著差异,测定结果均在允差范围内。本法能够满足土壤有效钼批量分析质控要求。

耐候钢中稀土元素与O及S等非金属元素有强烈的结合倾向,这使得稀土夹杂物在钢中的形态变得复杂多样,给钢中稀土夹杂物的统计分布表征带来严峻挑战。本文将扫描电子显微镜(SEM)的多视场连续观测技术与特征颗粒物图像的快速定位与识别算法以及能谱(EDS)自动化分析手段相结合,建立了大尺寸范围内含铈(Ce)夹杂物的原位统计分布表征方法,实现了3种不同Ce含量耐候钢板稀土夹杂物在轧制方向的原位统计分布表征。统计表征面积达200 mm²,获取了3种稀土耐候钢中多种含Ce夹杂物的位置、化学成分、形态特征、尺寸范围及数量分布等信息,并探讨了钢中Ce的加入量以及气体元素含量对稀土夹杂物生成的影响规律。研究发现钢中S、O含量及其比例对稀土夹杂物的类型和数量分布有较大影响,Ce-O-S型夹杂物粒径通常大于Ce-O、Ce-S型,多种元素复合会促使稀土夹杂物粒径向更大方向发展。含P的稀土夹杂物受O含量影响,等效圆直径(ECD)主要分布范围从(2,3] μm向(5,7] μm转变。

夹杂物尺寸和数量对轴承钢使用性能和寿命方面具有直接的影响,因而轴承钢对夹杂物的要求极其苛刻。由于夹杂物本身“小、杂、隐”的特点,单一检验方法已不能完整表征夹杂物的特性,本研究将基于极值统计模型与多尺度表征技术,通过联用场发射扫描电子显微镜(FESEM)与Aztec夹杂物分析软件,实现轴承钢中夹杂物成分-形貌-尺寸的三维定量分析;运用极值统计模型,突破传统显微检测视场局限,成功预测了最大尺寸夹杂物,并进行了实际验证。结果表明:使用Aztec夹杂物分析软件检测检验面上所有夹杂物,包括氮化物、氧硫化物(复合)、硫化物以及氧化物等,其中氧硫化物(复合)占比约60%,氮化物约占30%;通过检测夹杂物试样24个检验面上最大尺寸夹杂物,运用极值统计模型预测出逆转周期T=1 000时氧化铝类夹杂物最大长度约为226 μm,点状夹杂物最大直径约为40 μm;经实际取样检验验证,T=50时,检测到氧化铝类夹杂物最大长度约为188 μm,点状夹杂物最大直径约为28.2 μm,与预测值151.07 μm和28.77 μm相差不大。

盐酸-乙酸钙离心交换法是测定石灰性土壤中阳离子交换量的主流方法。然而,该测定方法各个环节的操作复杂,对操作人员的熟练度要求较高,实际操作中难以精准把控,实验结果的准确度难以达到相关规范的质量要求。本文在行业标准NY/T 1121.5—2006《土壤检测 第5部分:石灰性土壤阳离子交换量的测定》的基础上,对实验条件进行了优化,具体包括:选择合适的盐酸浓度以有效破坏和分解土壤中的碳酸盐和石膏,使土壤溶液达到氢饱和状态;在使用40%(体积分数)乙醇清除过量盐酸的过程中,选用高速离心机并确定了洗涤次数,显著降低了土壤胶体的损失,同时也减小了其被破坏的风险。采用电位滴定法进行测定,确保了数据的稳定性和准确性。按照实验方法测定5个土壤有效态成分分析标准物质中阳离子交换量(CEC),结果的相对标准偏差(RSD,n=5)为1.4%~3.7%,相对误差的绝对值(RE)为0.5%~2.4%;与传统滴定法测定结果相比较,两种方法测定结果相吻合且均满足全国第三次土壤普查技术规范的质量要求。实验方法用于测定石灰性土壤实际样品中CEC,结果的RSD(n=12)为3.8%~9.3%,满足第三次全国土壤普查技术规范的质量控制相关要求。

聚焦离子束(Focused Ion Beam,FIB)技术自诞生以来,已从半导体工业的微纳加工工具发展为材料科学中不可或缺的多模态表征平台。本文系统综述了FIB技术的基本原理、设备构成及其在微纳加工中的关键应用,重点阐述了FIB与扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)、原子探针层析分析仪(APT)等的联合表征策略。文章将联合表征分为原位联用与离位关联分析两类,分别探讨了其在动态过程观测与跨尺度信息关联中的优势。同时,本文深入分析了FIB加工中可能引入的辐照损伤机制及其缓解策略,并介绍了国内外FIB标准化工作的最新进展。最后,展望了FIB技术向更高性能、智能化与集成化方向的发展趋势,强调了其在构建材料基因图谱、推动材料设计与性能优化中的关键作用。

聚焦离子束-扫描电子显微镜(FIB-SEM)凭借其纳米级精度微纳加工能力、高分辨率成像能力以及丰富的附件功能,成为页岩油气研究的重要手段,尤其在页岩储层微观结构、孔隙特征及有机质分布等表征方面展现出独特优势。本文系统综述了近年来FIB-SEM在页岩油气研究中的技术进展与综合应用,涵盖纳米孔隙系统三维定量表征、有机质与无机质微观分布分析、残留油分布分析、矿物辨识与分析及基于连续切片-成像的数字岩心模型构建等多个方面。此外,FIB-SEM作为页岩表征的重要一环,通过与其他先进技术融合,可构建从纳米到宏观跨尺度、从化学成分到物理结构多维度、从静态成像到动态演化多时域综合表征技术体系,揭示页岩在地层环境或极端条件下的演变行为。以FIB-SEM为核心构建的多尺度、多维度的综合分析平台,结合自动化与人工智能(AI)技术,可应对页岩油气中复杂系统问题,为油气地质领域微观机制研究与宏观认知构建提供重要技术支撑。

本文系统研究了电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析中标准曲线法、标准物质曲线法和标准加入法的差异及其对空白溶液的要求。通过解析校准溶液、试样溶液及空白溶液的发射光谱强度组成,得出以下结论:1)基于加入标准溶液浓度-发射光谱强度的校准曲线,其截距包含空白值、基体元素含量及拟合误差,测量结果需补偿多扣除的基体金属中待测元素含量;基于标准溶液浓度与基体元素含量之和与发射光谱强度的校准曲线,其截距仅反映空白值与拟合误差,测试结果即为最终结果;这两种情况均无需专门制备空白溶液。2)标准物质曲线法的截距包含空白、标准物质不确定度及线性拟合误差,测试结果即为最终结果,无需制备空白溶液且不能仅通过空白值判断异常。3)标准加入法需制备空白溶液,且存在无法完全消除共存元素光谱干扰的局限性。4)当校准溶液与试样溶液分批制备时,采用分别扣除各自试剂空白后再校准的方式可有效消除试剂批次差异导致的空白波动,解决校准溶液重复利用问题并获得准确测试结果。研究还表明,基体效应较小时应选用全流程空白,基体效应较强时选用基体金属空白溶液(需对结果进行补偿),且空白溶液中待测元素含量应严格控制在低于1/2定量限的水平,以确保定量限水平元素的准确测定。

电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)在高纯难熔金属痕量、超痕量杂质元素分析方面具有极大的优势。本文以高纯难熔金属中特定干扰元素为分析对象,对高纯Nb中痕量元素Ag、高纯Hf中痕量元素Pt和高纯Ta中痕量元素Au,采用了高基体进样(HMI)-ICP-MS/MS进行分析。所建立方法通过优化高基体进样参数,选择载气流速0.45 L/min,稀释气体流速0.65 L/min,无需基体匹配的校准曲线即可测量。研究了串接四极杆质谱(MS/MS)模式下的O₂/NH₃反应模式和作用机理,消除基体对待测元素的质谱干扰。以O₂质量原位模式分析Ag(一级质量过滤器Q1=107,二级质量过滤器Q2=107),流速0.50 mL/min;以NH₃质量转移模式分析Pt (Q1=194,Q2=228;Q1=195,Q2=229)、Au(Q1=197,Q2=231),流速分别为0.75 mL/min和0.50 mL/min。Ag、Pt、Au的线性范围均为0.10~50.0 ng/mL,线性相关系数均大于0.999,检出限为0.001～0.035 μg/g。在高纯Nb、Hf、Ta基体中,分别加入已知浓度的Ag、Pt、Au标准溶液进行加标回收试验,并对测定结果进行精密度考察。实验结果显示,Ag、Pt、Au的加标回收率为83.0%～113.0%,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为3.0%～7.9%。采用实验方法对3种高纯难熔金属进行分析,同时采用辉光放电质谱法(GDMS)进行比对,两种分析方法测定结果基本一致。

聚焦离子束(FIB)技术因其高精度微纳加工与原位分析能力,在半导体器件研究中展现出重要价值。本文旨在深入探讨FIB在半导体器件加工与元素分析中的典型应用,研究采用FIB系统实现二维材料和一维纳米线的微电极制备,精细加工固体浸没式透镜(SIL)及二维光子晶体等光学微结构;同时,将FIB与飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)联用,实现对半导体多层膜结构中元素深度分布的高分辨解析。实验结果表明,FIB可精准控制加工尺度至10 nm级,显著提升器件集成度与性能;ToF-SIMS联用技术则有效揭示了掺杂元素与界面扩散行为。研究表明,FIB不仅是一种高效的微纳制造工具,还可与ToF-SIMS等表征技术协同,展示出作为尖端工具在半导体领域的关键作用,为先进半导体器件的设计、加工与失效分析提供了重要技术支撑。

聚焦离子束-双束扫描电子显微镜(FIB-SEM双束系统)的独有优势是同时具有高分辨率的成像能力和纳米级的微区加工精度。本文首先简介FIB-SEM双束系统的基本功能以及芯片样品失效分析的常规流程;进而介绍FIB-SEM用于不同种类芯片的缺陷与失效分析案例,包括硅基集成电路的三维失效分析和功率器件的热点截面分析。硅基集成电路的三维失效分析案例介绍了一种新型的三维失效分析方法,相比于传统的FIB-SEM三维重构法,更加省时高效。该方法首先在X-Y方向,即平行于芯片表面方向制备出一个涵盖热点区域的平面透射电子显微镜(TEM)样品;接着采用平面转截面的制样方法,将平面样品转为垂直于芯片表面方向的截面样品,从三维方向证实了该异常点确实为金属钨(W)的异常搭接。另一个功率器件的热点截面分析案例,以硅基的绝缘栅双极晶体管(Si-IGBT)为例,详细介绍了利用FIB-SEM进行功率器件失效分析的关键步骤和参数选择,包括离子束切削电流和保护层沉积电流参数等。最后针对FIB-SEM技术在该领域的发展前景进行总结与展望。

金矿作为我国紧缺的战略性矿之一,其试样加工制备流程及样品的代表性是影响金测定结果的主要因素。本文通过检索2000年以来国内金矿试样制备的研究报道,系统梳理了论文发表概况,金矿试样来源,金矿试样中金的赋存状态及粒级,金矿试样数量及金品位特点,金矿试样的粗碎、中碎、细碎,样品缩分及含粗粒金等难碎样品的加工研究等内容,以期为金矿试样的加工制备应用与深层次研究提供支撑和借鉴。

随着芯片结构不断微缩,聚焦离子束(FIB)制样后的表面缺陷对后续截面暴露与失效分析结果具有重要影响,而传统依赖人工对扫描电子显微镜(SEM)图像进行质量判断的方式难以满足当前制样流程对效率与稳定性的要求。针对这一问题,本文构建了涵盖 15 类典型 FIB 制样相关缺陷的 SEM 图像数据集,并基于 YOLOv5s 检测模型设计了轻量化深度学习检测方法,实现对弱对比度、小目标及复杂纹理背景下缺陷的高精度识别。结合批量检测与逗号分隔值文件(CSV) 结构化输出模块,系统能够自动生成缺陷类别与数量统计,为制样质量评估和工艺监控提供数据驱动的支持。实验结果表明,该方法在检测性能、鲁棒性及工程可用性方面均表现良好,可有效提升芯片 FIB 制样质量检查的自动化与标准化水平,为显微分析流程的智能化提供可行途径。

微束X射线荧光光谱(μ-XRF)是一种无损成分分布表征技术,可获取样品原始位置处的成分分布定量参数。μ-XRF空间分辨率高、测试样品尺寸大,实验产生的原始数据量大幅增加,按照传统的人工处理方式难以应对大量常规数据处理以及标准方法制订精密度试验中各参数的计算。本文提出一种基于豆包人工智能(AI)辅助的数据自动化处理与精密度计算方案。使用μ-XRF对高温合金进行原位定量统计分布分析,以高温合金中Cr元素的定量统计和精密度计算过程为例,介绍了AI在原始数据处理、测试结果的一致性检验和离群值检验、总平均值和方差计算、建立精密度值和平均水平关系及可视化输出等方面的应用。通过豆包AI工具自动生成Python代码,实现了原位统计分析结果的高通量处理以及精密度试验数据的快速处理,得到了重复性限和准再现性限与含量的函数关系,缩短了μ-XRF原始数据处理和精密度计算时间,为材料分析领域的高通量数据处理提供了创新性解决方案,具有广泛的应用前景。

安哥拉地质条件良好,石英矿纯度高,目前还鲜有针对安哥拉石英矿中杂质元素及二氧化硅纯度的分析方法报道。实验称取1 g样品,在960 ℃灼烧1 h,通过称量灼烧前后质量计算得到烧失量(LOI);称取0.25 g样品,加入5 mL氢氟酸、0.5 mL硝酸、0.1 mL高氯酸使其完全消解,蒸干后加入5 mL王水复溶,采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定钾、钙、钠、镁、铝、铁、钛、锰、钡、锌、镍、铜、钴、铬、锂、钒16种杂质元素含量。杂质元素的校准曲线线性相关系数均不小于0.999 8,方法中各元素的检出限为0.02~2.78 μg/g。按照实验方法测定安哥拉石英矿中杂质元素,结果的相对标准偏差(RSD,n=6)均小于11%。实验方法用于测定石英岩标准物质GBW07837中杂质元素,结果的相对误差绝对值(RE)均小于5.8%。按照实验方法测定10个安哥拉石英矿样品的烧失量和杂质元素含量,将杂质元素含量转化为氧化物并加和烧失量后,通过差减法计算二氧化硅纯度(以质量分数表示),结果表明样品中二氧化硅纯度均大于99%。

准确测定高纯铯中杂质元素含量对指导生产除杂,提升材料性能及保障国防军工、卫星导航等领域的稳定运行至关重要。铯因高化学活性(接触空气会迅速氧化,遇液体溶剂易爆炸),其取样与分解存在严峻挑战。本研究利用手套箱隔氧环境在氩气氛围中取样,结合铯熔点(28.5 ℃)略高于室温但低于手温的特性,通过手温热源使固态样品熔化为液态,采用移液器完成液态定量移取,克服了固态高黏度的取样难题;将挂壁处理后的样品置于开放空气中10 h以上,利用铯易氧化、铯氧化物易水化及氢氧化铯易潮解的物化性质,以氧气和水汽为反应物构建“氧化→水化→潮解”三级气固反应链,实现逐级钝化与温和分解。基于此建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定高纯铯中锂、钠、钾、钙、镁、铁、铝、铅、铷9种杂质元素的方法。针对铯基体产生的电离干扰与物理干扰耦合效应,采用基体匹配法(校正锂、钠、钾、钙、镁、铁、铝、铅)为主、标准加入法(校正铷)为辅的策略。校准曲线线性关系良好(相关系数r均不小于0.999 6),检出限为0.000 001%～0.000 042%,定量限为0.000 01%～0.000 42%。按照实验方法测定高纯铯实际样品与合成样品中9种杂质元素,结果的相对标准偏差(RSD,n=5)为0.86%～9.5%;加标回收率为94.9%～103%(铷除外)。采用电感耦合等离子体质谱法测定样品中铷与实验方法进行比对,两种方法的测定结果基本一致。

在高温合金研究与开发领域,精确表征材料的全域成分分布特征对于优化制备工艺、提升服役性能以及实现材料质量监控与评价具有至关重要的意义。本文采用超大尺寸金属构件原位分析技术,系统研究了GH4169高温合金从铸锭、棒材至涡轮盘锻件的制造全过程中,C、Si、Mn、Cr、Fe、Mo、Nb、Al 8种关键元素的成分偏析演化规律。通过获取样品的二维成分分布图及原位统计分析数据(包括平均含量、95%置信概率下的含量限值、正、负偏析度等),定量揭示了各工艺阶段元素分布均匀性的变化。结果表明:GH4169铸锭存在明显的元素偏析,Fe和Nb分别在97.5百分位下和0.25百分位下的含量限值超出牌号成分范围,C、Si、Mn、Al的偏析度较高(约±10%);经均匀化、热轧等处理后,棒材横截面大多数元素分布趋于均匀,元素偏析度显著降低(多数元素偏析度降低50%以上),仅Si呈现中心富集;涡轮盘锻件各元素整体分布均匀且符合标准,但在轮缘与轮毂部位因温度与变形差异,Mn、Al与Mo、Nb分别呈现轻微的区域性含量差异。综合对比发现,均匀化及后续热处理对改善元素偏析效果显著,而涡轮盘锻件的模锻成型过程对元素偏析的整体影响相对有限。本研究为GH4169高温合金的成分控制与工艺优化提供了系统的数据支撑。

本研究基于文献计量学方法,系统采集电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)领域文献数据,结合可视化技术解析其技术发展脉络。结果表明:技术演进呈现3阶段特征,当前产业化阶段存在论文产出回落与专利增长的分化现象;研究热点分析显示,检测对象虽向食品、生物医药领域延伸,但环境重金属检测及地质定年仍占据主导地位,技术发展呈现方法深化与应用拓展的双轨并行;高被引文献与期刊分布共同印证其对地质年代学、岩石成因及矿床研究的核心支撑作用。研究表明,多学科协同是技术持续创新的关键动力,未来需通过技术融合与应用边界拓展共同驱动创新。本成果可为分析化学领域的技术布局与跨学科研究提供决策参考。

为解决铌铁合金在熔融制样过程中对铂-金坩埚的腐蚀问题,系统考察了试样粒度、氧化剂组成与用量以及阶梯预氧化流程的影响。结果表明,将试样粒度控制在 0.074 mm 比 0.096 mm 可缩短熔融时间 10 min;采用新型 Li₂CO₃-LiOH-KNO₃ 复合氧化体系(质量比12∶20∶5),在发挥 LiOH 碱性熔融与 Li₂CO₃ 分解释放 CO₂ 辅助熔融作用的同时,利用 KNO₃ 的温和氧化特性替代传统 Na₂O₂/BaO₂,显著提高了反应的可控性。在熔融温度 1 100 ℃、LiBr 溶液加入量 1.0 mL、熔融时间 20 min 的条件下,可完全消除 Br 对0.20% Al测定的干扰。基于上述研究,开发了适用于程序控温全自动电熔融炉的3阶段预氧化方法。该方法采用市售 Li₂B₄O₇ 坩埚,通过控制试样(0.25 g)与 Li₂B₄O₇、复合氧化剂的质量比,在 500~750 ℃ 进行梯度预氧化后,于 1 100 ℃ 完成熔融,不仅彻底避免了铂-金坩埚的腐蚀风险,还实现了玻璃熔片的均匀成型。采用铌铁标准物质/样品、基准物质与标准溶液构建校准曲线,建立了 X 射线荧光光谱法(XRF)同时测定铌铁中 Nb、Ta、Si、Al、P、Mn、Co、Cr、Ti、Fe、Sn 等 11 种主次元素的分析方法。方法校准曲线的线性相关系数均不小于0.999 5。按照实验方法对一个合成铌铁样品进行测定,Nb、Ta、Si、Al、P、Mn、Co、Cr、Ti、Fe、Sn 等元素测定结果的相对标准偏差(RSD,n=8)为 0.14%～2.9%。选取一个铌铁实际生产样品,进行本方法与其他方法的比对试验以及加标回收试验。结果显示,Nb、Ta、Si、Al、P、Mn、Ti、Sn 两种方法的测定结果相吻合;Fe、Cr、Co 的加标回收率为 101%～110%。

常规方法分析煤和矸石中伴生元素,样品需灰化,但灰化过程繁琐、部分元素易挥发损失;传统酸溶法无法有效去除有机物,会造成测定结果偏低且元素Li尚未建立标准方法。本文参考GB/T 16659—2024和DZ/T 0279.3—2016中分解样品用酸思路,利用HNO₃、H₂SO₄、H₂O₂的强氧化性,将样品中有机物氧化成二氧化碳去除,消除了含碳物质对样品的吸附和包裹,避免了高温灼烧除碳流程,添加HF显著增强了含硅矿物分解效果,实现了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对煤和矸石中Li、Be、V、Co、Ni、Cu、Ga、Pb、Mo、Sb、Th、U元素含量的测定。校准曲线线性相关系数(r)为0.999 1～1.000;方法检出限为0.012～0.58 μg/g,定量限为0.08～2.32 μg/g。按照实验方法测定3个煤中有害微量元素成分分析标准物质,Be、Co、Ni、Cu、Pb、Mo、Sb、Th、U测定结果的相对标准偏差(RSD,n=7)为1.9%～8.7%;相对误差绝对值(RE,n=7)为0.28%～7.31%。对于未提供认定值的Li、V、Ga元素,测定结果的RSD(n=7)为1.8%~4.5%,其加标回收试验结果显示回收率为98%～103%。本实验进一步与密封消解-ICP-MS进行比对,结果显示Li、V、Ga测定值相吻合;经t检验统计分析,证实两种前处理方法所得结果无显著性差异。

本文系统综述了机器学习在金相分析领域的研究进展与应用现状。重点分析了机器学习在晶粒度评级、显微组织识别、非金属夹杂物分析、渗层检测及晶间腐蚀评估等关键环节的技术突破。同时指出现有数据质量不均、算法适用性不足、模型可解释性弱等问题。结合人工智能(AI)技术的发展,展望了构建标准化数据库、发展多模态学习框架、增强模型可解释性等未来发展方向,旨在推动金相分析向智能化、标准化方向演进,为材料研发和质量控制提供更强大的技术支持。

卤水高矿化度及复杂基体成分导致多元素定量分析面临显著基体干扰。本法采用标准加入校正-电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES),通过向样品中梯度添加标准溶液消除基体效应;在仪器推荐工作条件下,选择K 769.897 nm、Mg 279.078 nm、B 249.678 nm、Li 670.790 nm、Rb 780.027 nm、Cs 894.347 nm为钾、镁、硼、锂、铷、铯的分析谱线,实现同基体卤水中钾、镁、硼、锂、铷、铯的批量同步测定。各元素校准曲线的线性相关系数均大于0.999 5;方法中各元素的定量限为0.036～1.20 mg/L;按照实验方法测定不同地域卤水样品中钾、镁、硼、锂、铷、铯,结果的相对标准偏差(RSD,n=11)均不大于2.0%;加标回收率为97.4%~104.5%。

为满足稀土市场快速发展对材料纯度及杂质控制的更高要求,本研究建立了一种三重四极杆电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS/MS)测定高纯稀土氧化物中痕量钙的方法。针对钙在ICP-MS测定中面临的同量异位素干扰问题,本方法在MS/MS串联扫描模式下引入CH₄作为反应气,利用CH₄与⁴⁰Ar⁺发生电荷交换及链式反应,有效抑制氩基多原子离子干扰。通过优化反应气流速与六极杆偏置电压等关键参数,在CH₄流速3.0 mL/min、六极杆偏置电压-2 V条件下,⁴⁰Ca的背景等效浓度(BEC)降至3.77 μg/L。将该方法应用于4种纯度不低于99.99%的高纯稀土氧化物样品,钙测定结果的相对标准偏差(RSD, n=6)为1.3%～3.2%,加标回收率为94.6%～105.8%,且与其他实验室数据吻合良好,表明方法准确可靠,适用于高纯稀土氧化物中痕量钙的测定。

在地球化学样品的分析中,传统的Ag、Sn和W测定方法通常面临样品处理耗时、操作流程复杂以及对操作人员技术熟练度和专业知识要求较高的问题。本文采用氢氟酸-硝酸体系的高压封闭消解技术处理地球化学样品,并使用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)同步测定Ag、Sn和W的含量。实验考察了不同的消解体系,并系统分析了各元素测定同位素的非质谱干扰和质谱干扰现象,通过应用稀释技术和内标法,有效地缓解了非质谱干扰的影响。同时,采用动能歧视(KED)模式和在线干扰校正方程,成功消除了质谱干扰。本文采用土壤、水系沉积物和岩石等标准物质对方法技术指标进行了评价,研究结果表明,Ag、Sn和W的检出限为0.016~0.24 μg/g,测定值与标准物质认定值的相对误差(RE)为0.43%~8.33%、对数偏差(Δlg)为0.003~0.035,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为2.0%~7.6%。方法满足多目标区域地球化学调查规范(1∶250 000)的测定要求,实现单次前处理多元素的同时测定,显著提升了工作效率。

聚焦离子束-双束扫描电子显微镜(Focused Ion Beam dual-beam Scanning Electron Microscope,FIB-SEM双束系统)凭借其高分辨率成像能力以及定点纳米级加工能力已成为分析断口裂纹微观形貌、结构与内部裂纹孔隙分布等材料信息的重要手段。本文系统介绍了FIB-SEM双束系统在裂纹尖端等区域实现微米至纳米级的定点加工,利用原位解剖技术暴露并观察裂纹扩展路径与尖端微观结构,以及结合序列切片实现材料内部三维形貌重构,深度解析材料内部裂纹与孔隙的分布状况。在此基础上,提出了完整的标准化定点区域的FIB制样流程,涵盖保护层沉积、粗抛、精修、样品提取与转移等关键环节的操作规范与参数说明,有效解决了传统制样方法在断口分析中存在的定位难、损伤大、信息有限等问题,为断口裂纹分析与提取提供了方法借鉴与技术支持。

银(Ag)作为地球化学分析的一个重要指标,其含量对于了解元素富集变化规律、探讨矿床成因及矿产资源预测等方面具有重要意义。采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定地质样品中Ag时,会受到铌(Nb)、锆(Zr)的质谱干扰。本研究在前人工作的基础上,进一步探讨了动能歧视(KED)模式下Nb、Zr元素的氧化物及氢氧化物的干扰消除机理及效果,建立了王水消解-KED-ICP-MS测定地质样品中Ag的方法。结果表明:当碰撞气(He)流速增大至5.0 mL/min时,基本上可以消除Nb、Zr对Ag的多原子离子干扰;采用Rh作为内标并在样品消解时定量加入,可以有效减少包括定容等操作引入的误差,保证分析质量并提高分析效率。经国家一级标准物质验证,¹⁰⁷Ag的分析结果优于¹⁰⁹Ag,¹⁰⁷Ag、¹⁰⁹Ag的检出限分别为0.006 和0.007 μg/g,相对标准偏差(RSD,n=12)分别为0.75%~6.98%和0.82%~8.33%,均满足DZ/T 0130.5—2006的要求。对实际样品的方法比对结果一致性较好。

易切削钢中易切削相的形态和分布是影响其切削性能的重要因素,为开发新型奥氏体易切削不锈钢,采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、电子探针显微分析仪(EPMA)、显微硬度计和夹杂物三维腐刻技术对硫系(303F、303Cu、304F),铅系(303Pb)和硒系(304(添加Se))奥氏体易切削不锈钢中的易切削相进行观察对比分析,探究各易切削元素在钢中存在形式,对比各奥氏体易切削不锈钢易切削相和显微硬度的差异。结果表明:各类奥氏体易切削不锈钢中,304(添加Se)钢的平均等效直径和平均面积均最大,具体为平均等效直径为3.66 μm,平均面积为15.10 μm²,304(添加Se)钢夹杂物平均长宽比为2.54,夹杂物大部分呈椭球状,长宽比为1~3的夹杂物占比为73%,显著高于303Cu钢的58%和303Pb钢的55%;各易切削元素在钢中存在形式不一,S在钢中形成易切削相MnS,Cu在钢中固溶于钢基体中,Pb以团聚状单独存在于钢中或分布于MnS两端,Se在钢中生成Mn(Se,S)复合夹杂物,能抵抗轧制变形使形貌趋于纺锤形,部分Mn(Se,S)复合夹杂物包裹硬质Al₂O₃核心改善钢材切削性能;各类奥氏体易切削不锈钢中,304F钢平均显微硬度值最高,为309HV_0.1,304(添加Se)钢平均显微硬度值为229HV_0.1,303Cu钢由于Cu元素减少应变硬化的作用其平均显微硬度值最低,硬度值为156HV_0.1。

稀土精矿中钙含量过高会影响后期萃取传质效果,从而影响稀土收率,因此准确测定稀土精矿中钙含量具有重要意义。目前稀土精矿中钙含量的测定主要依据国家标准GB/T 18114.3—2010《稀土精矿化学分析方法 第3部分:氧化钙量的测定》中的火焰原子吸收光谱法(FAAS)或EDTA滴定法。其中,EDTA滴定法对操作要求严格且滴定终点不易掌握,而火焰原子吸收光谱法测定钙含量时测定范围受限(氧化钙测定范围为0.50%～3.00%)。实验以无水碳酸钠-硼酸混合熔剂高温熔融样品,熔融后以盐酸溶解,采用基体匹配法绘制校准曲线,选择钙的分析谱线Ca 393.366 nm,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定稀土精矿中钙。实验表明,钙质量浓度在1.0~10.0 μg/mL时与发射光谱强度呈较好的线性关系,线性相关系数(r)为0.999 94;方法的检出限为0.008 7%。实验表明,共存元素对测定结果基本没有影响。按照实验方法测定3个稀土精矿中钙,结果的相对标准偏差(RSD,n=7)为0.25%~0.53%。分别按照实验方法和GB/T 18114.3—2010中的 EDTA滴定法测定白云鄂博稀土精矿标准样品GSB04-3309-2016、GSB04-3310-2016、GSB04-3311-2016中钙,两种方法的测定结果相一致,且与标准值相吻合。

以氧化铈产品标准结合实际应用需要进行成分设计,采用高纯氧化铈为主料,按杂质元素的性质加入15种稀土杂质和23种非稀土杂质共38种成分,采用物理混合、低温烘干和高温灼烧的方式,研磨、筛分和机械混匀制得干基淡黄色粉末状氧化铈成分标准样品候选物料。其经均匀性和稳定性检验符合要求,由不少于9家具有较高测试能力的实验室采用不同原理、准确可靠的分析方法对氧化铈成分标准样品中38种化学成分进行协作定值,量值准确可靠,不确定度评估合理。该标准样品满足了目前生产、科研溯源需求,逐步填补稀土领域标准样品空白,为其他同类型标准样品的研制提供了参考。

钨尾矿中的硫易污染环境、影响产品性能,因此准确测定硫含量,对监测环境危害、支撑钨尾矿开发利用十分必要。实验以300 mg铜片作为助熔剂覆盖在150 mg样品上,选择空气为载气,于1 250 ℃加热燃烧4 min,将硫转化为二氧化硫,用盐酸吸收液吸收二氧化硫,以淀粉-碘化钾为指示剂,用碘酸钾标准溶液滴定生成的亚硫酸,建立了燃烧-碘量法测定钨尾矿中硫含量的方法。方法中硫的测定范围为0.032%～26.58%。按照实验方法测定钨尾矿样品中硫,结果的相对标准偏差(RSD,n=11)为0.13%～2.2%;回收率为93.4%～101.4%。

聚焦离子束(FIB)技术凭借微米/纳米级的精准加工与靶向定位能力,已成为半导体封装芯片表征与失效分析的核心技术之一。本文系统阐述了FIB技术的核心原理(离子源的产生、离子与材料的相互作用等),重点聚焦其在封装芯片截面分析(如焊球、硅通孔(TSV)、重布线层(RDL)等关键结构的缺陷检测)与透射电子显微镜(TEM)样品制备中的应用流程、关键参数控制及技术优势。通过具体应用场景说明,展现FIB技术在揭示封装芯片内部微观结构、验证工艺质量、定位失效根源等方面的不可替代性,为半导体封装领域的工艺优化与可靠性提升提供技术参考。本文详细介绍了TEM常规截面制样、截面倒切制样以及平面制样的步骤。因为在芯片封装分析中,TEM技术能够提供原子级分辨率,是观察微观结构、界面反应和晶体缺陷的终极手段。然而,获得合格的TEM样品(通常要求厚度小于100 nm)是最大的挑战。FIB技术在此环节展现出不可替代的核心价值。FIB技术以其无与伦比的定点、定域加工能力,使对封装芯片内部特定微观结构进行高分辨率TEM分析成为可能。它不仅是连接宏观失效与微观机理的桥梁,更是推动先进封装技术向更高密度、更高可靠性发展不可或缺的核心分析工具。

准确测定钒钛磁铁矿中的稀土元素,可用于评估钒钛磁铁矿中稀土的资源潜力。实验以HNO₃-HF-H₂SO₄体系敞口消解样品,在采样深度3 mm、射频功率1 350 W、雾化气流速1.05 L/min等的仪器优化条件下,以⁸⁹Y、¹³⁹La、¹⁴⁰Ce、¹⁴¹Pr、¹⁴⁶Nd、¹⁴⁷Sm、¹⁵¹Eu、¹⁵⁷Gd、¹⁵⁹Tb、¹⁶³Dy、¹⁶⁵Ho、¹⁶⁶Er、¹⁶⁹Tm、¹⁷²Yb、¹⁷⁵Lu为待测同位素,采用干扰方程校正了¹⁵⁷Gd、¹⁵⁹Tb、¹⁶⁵Ho、¹⁶⁶Er、¹⁶⁹Tm的多原子离子干扰,优化考虑了溶液中高含量Ti与Fe对稀土元素的干扰,建立了敞口酸溶-电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定钒钛磁铁矿中稀土元素的方法。在优化的实验条件下,各稀土元素校准曲线相关系数均不小于0.999 3,检出限为0.007~0.25 μg/g,定量限在0.028~1.00 μg/g。将实验方法应用于钒钛磁铁矿样品中稀土元素的测定,各元素测定结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为0.85%~3.6%。实验发现河北省承德地区3个不同矿区中钒钛磁铁矿样品的稀土元素配分模式曲线相似,说明它们物源相似。

为保障科研型检测实验室扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)在进行纳米级长度测量时结果的稳定性,通过实验研制出一种电子显微镜通用的质量控制样品。样品既适用于SEM的高倍长度校准,又适用于TEM的中倍长度校准。本文详细介绍了质量控制样品的研制过程,包括基体选材和周期性结构加工。其中结构加工采用聚焦离子束(FIB)设备实现,可得到带有正型结构或负型结构的目标样品。随后将目标样品装入SEM和TEM进行试验,针对TEM成像衬度不足的问题,不断优化结构参数。最后对研制样品进行了均匀性和稳定性测试,结果表明这种质量控制样品能满足科研实验室灵活的使用要求。

钒铝合金是高性能钛合金熔炼的重要添加剂,其元素含量的准确测定对钛合金熔炼过程至关重要。本文建立了王水消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)同时测定钒铝合金中铝、硅、铁、铬、钼、钇和磷共7种元素的方法。针对铝、硅、铁、铬、钼、钇和磷等元素分别选取了最佳分析谱线为Al 396.15 nm、Si 251.61 nm、Fe 259.94 nm、Cr 205.55 nm、Mo 202.03 nm、Y 371.03 nm、P 213.62 nm。各元素校准曲线线性关系良好,相关系数(r)均大于0.999。方法中各元素的检出限为0.000 3%～0.002 1%(质量分数,下同),定量限为0.001%～0.007%。方法用于AlV55钒铝合金实际样品中铝、硅、铁、铬、钼、钇和磷的测定,各元素测定结果的相对标准偏差(RSD,n=7)为0.50%～7.8%,加标回收率为96%～105%。

针对三氯化铝重量法与X射线荧光光谱法(XRF)在测定含硅复杂铝电解质中Al₂O₃含量时存在显著系统偏差的问题,本研究揭示了SiO₂、Fe₂O₃及TiO₂等杂质相在AlCl₃溶液中难以溶解,并与Al₂O₃发生多相共存共沉淀的干扰机制。实验结果表明,杂质相总含量(质量分数)达31.14%,导致重量法测定结果较XRF系统偏高。基于此干扰机制,本研究提出了一种XRF-重量法联用校正模型,通过XRF准确测定Al₂O₃溶解后所得沉淀物中的铝含量,并利用化学计量关系(Al与Al₂O₃的转换系数为1.889 5)折算,获得样品中Al₂O₃的真实含量,并通过对含硅复杂铝电解质的分析进行了验证。该模型有效消除了共沉淀引入的系统误差,将Al₂O₃含量检测误差控制在0.1%以内,克服了杂质相化学形态多变所带来的干扰,显著提高了传统重量法在高硅复杂铝电解质体系中Al₂O₃含量测定中的准确性与适用性。

芯片封装的小型化和高密度以及各种新型封装技术不断涌现,对芯片封装工艺检测要求也越来越高。本文主要阐述了芯片封装工艺检测方法,包括非破坏性分析方法和破坏性分析方法,其中详细介绍了聚焦离子束(FIB)分析方法,包括聚焦离子束的原理和相关应用。并对几种芯片封装工艺检测方法的典型应用以及优缺点进行了对比。这些方法对芯片封装工艺的质量评估和缺陷检测具有重要意义。

本文提出了一种面向聚焦离子束-扫描电子显微镜(FIB-SEM)纳米结构测量的规则图形几何先验增强边缘检测算法,旨在解决传统边缘检测方法在扫描电子显微镜图像中对规则纳米图形检测精度不足的问题。核心创新在于提出了几何先验增强的像素差分卷积网络(Pixel Difference Network-Geometric Prior enhanced,PiDiNet-GP),该网络通过方向增强像素差分卷积(Pixel Difference Convolution,PDC)和曲率感知PDC显式构造优先响应特定几何结构的专用卷积核对。方向增强PDC模块专门针对矩形等具有明显方向性的结构,构造多个基础方向的差分核对,显著提升对直线边缘的检测精度;曲率感知PDC模块则针对圆形等曲线结构,在多个半径尺度上构造径向差分核对,增强对圆形轮廓的检测能力,使网络从浅层即具备几何结构感知能力。算法采用两阶段流水线架构:第1阶段使用PiDiNet-GP模型进行高质量边缘检测,第2阶段基于传统图像处理和机器学习方法进行轮廓分类与参数拟合。实验结果表明,该方法在FIB-SEM图像中的圆形和矩形纳米结构检测中具有更高的精度和鲁棒性,特别在规则几何图形的检测方面表现出显著优势。规则图形的准确检测对于纳米制造中的缺陷检测和质量控制具有重要意义,能够有效识别纳米结构中的形状异常、尺寸偏差和几何变形,为工艺缺陷的早期发现提供关键依据,同时通过高精度的几何参数测量量化纳米结构的尺寸一致性、位置精度和形状完整性,为产品质量的客观评价提供可靠数据支撑,为纳米制造过程中的质量控制和工艺优化提供了强有力的技术支持。

在钢铁中添加锌元素可提升强度与耐蚀性,但过量添加会劣化材料性能,因此准确测定锌含量对生产高品质钢铁至关重要。本文建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定钢铁中锌的方法,筛选出对锌干扰显著的元素,分析其在不同基体及称样量下对锌的影响,通过建立数学校正模型对目标谱线进行干扰校正,并采用多类型标准物质/样品验证方法。结果表明:铜对Zn 202.548 nm、镍对Zn 213.856 nm干扰显著;铜、镍在不同基体中对锌的干扰效应稳定;不同称样量下干扰贡献显著,测定误差与称样量呈相关性;经校正后,采用Zn 202.548 nm和Zn 213.856 nm为锌的分析谱线测定6种样品的准确度显著提升;其中Zn 206.200 nm受共存元素干扰最小,可作为锌的优选分析谱线。方法中锌的测定范围为0.001 0%～0.10%(质量分数,下同),校准曲线线性相关系数不小于0.999 8;方法检出限为0.000 14%,定量限为0.000 48%。按照实验方法测定标准物质/样品中锌,结果的相对标准偏差(RSD, n=11)为2.2%～5.7%,结果与认定值/标准值相吻合;本方法与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)的比对结果高度一致。

针对铅冶炼渣中铊毒性高、赋存基质复杂,且缺乏标准分析方法的现状,本文建立了聚氨酯泡沫塑料吸附富集-电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定铊的方法。方法采用15 mL 盐酸+5 mL 硝酸+10 mL氢氟酸+2 mL高氯酸+5滴硫酸(1+1)并滴加溴水的混合酸体系消解样品,有效去除硅、碳的干扰并确保铊转化为可被吸附的Tl(Ⅲ)。系统优化结果表明,在5%(V/V)王水介质中加入0.10～0.20 g(4～6滴)溴水,使溶液呈稳定浅黄色时,聚氨酯泡沫塑料对Tl(Ⅲ)吸附效果最佳。吸附后,采用10.00 mL 3.0 g/L亚硫酸溶液为解脱液,于沸水浴中加热20 min 可实现铊的定量解脱。在选定的Tl 190.856 nm分析谱线下,铊的质量浓度在0.50～20.00 μg/mL范围内与发射光谱强度呈良好线性关系,线性相关系数为0.999 8。方法检出限为1.12 μg/g。按照实验方法对铅冶炼渣实际样品中铊进行测定,结果的相对标准偏差(RSD,n=9)为3.1%～4.0%,加标回收率为95.5%～101.7%,且与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定结果吻合。本方法准确、可靠,适用于铅冶炼渣中铊的定量分析。