CN103439314A - 激光玻璃中稀土激活离子含量的测定方法 - Google Patents

Abstract

一种激光玻璃中稀土激活离子含量的测定方法，采用电感耦合等离子体发射光谱仪进行测量，该方法包括实验条件、样品溶液制备、制作工作曲线、测试、计算，得到待测样品中稀土激活离子的百分含量。本发明具有易于操作、使用方便、测量精度高的特点，同时实现对激光玻璃中稀土激活离子快速测定，测试数据准确可靠。

Description

激光玻璃中稀土激活离子含量的测定方法

技术领域

本发明涉及激光玻璃化学分析检测技术，尤其是一种激光玻璃中稀土激活离子含量检测方法。

背景技术

激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体激光材料。激光玻璃广泛应用于各类型固体激光器中，并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。激光玻璃具有良好成熟的熔制工艺，能够制造各种规格尺寸的产品，特别是超大尺寸激光玻璃是目前高功率激光系统最成熟可靠的放大介质，广泛应用于国际上各种高功率激光装置，例如美国的国家点火装置，我国的神光工程等。激光玻璃作为放大工作介质时，稀土激活离子浓度是影响激光玻璃质量的关键参数之一，激活离子对激光玻璃的荧光寿命及储能、受激发射截面和激光效率等都会产生重要的影响。没有准确的稀土激活离子含量检测会极大影响激光玻璃的质量控制，会整体影响工程设计指标。所以在激光玻璃成型后需要准确测试稀土激活离子浓度显得尤为重要。

激光玻璃中稀土激活离子含量测定可以采用传统常规分析方法、X-射线荧光方法或电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）方法。传统常规分析方法涉及较多步骤，使用多种试剂，必须经过多个过程才能完成，操作繁琐，分析时间长，工作量大。X-射线荧光由于没有标准激光玻璃样品，只能进行半定量的测试，测试精度低。本发明采用ICP-AES法，首先要解决问题是将玻璃样品制成溶液，而由于激光玻璃材料成分及工艺的特殊性使激光玻璃溶解后出现水解，很难溶解澄清，使样品溶液呈浑浊状态，导致测定工作无法进行。关于激光玻璃中稀土激活离子元素快速、准确测定未查到相关国家标准或行业标准，没有现成的化学分析方法，是激光材料行业中的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种准确测量激光玻璃中稀土激活离子含量的检测方法。该方法通过通过电感耦合等离子体发射光谱分析方法测定测稀土激活离子元素含量，具有精密度高、准确性好、方法简便快速，能有效的运用于实际生产激光玻璃产品的分析，定量评价激光玻璃质量都具有非常重要意义。

本发明的技术解决方案为：

一种激光玻璃中稀土激活离子含量的测定方法，特点在于采用电感耦合等离子体发射光谱仪进行测量，该方法的具体步骤为：

1）实验条件：将电感耦合等离子体发射光谱仪的技术参数设置为：高频发生器功率：850～1150W；雾化器压力：18～30PSI；进样泵速：1.0～3.0ml/min；积分时间：5～15s；

2）样品溶液配制：

激光玻璃上随机取一块固体样品，用研钵研磨成颗粒状，颗粒样品经过筛获得不大于10目的颗粒样品，使用分析天平准确称取0.0500～0.5000g样品颗粒，精确至0.0001g；将激光玻璃样品粉末颗粒置于铂金坩埚或聚四氟乙烯坩埚内，缓慢滴加氢氟酸5～10ml、盐酸或硝酸1～5ml至样品中，将铂金坩埚或聚四氟乙烯坩埚置于控温电热板上，将温度升高至150～250℃，蒸制样品近干，取下冷却；用少量纯水冲洗坩埚壁，加入盐酸或硝酸5～10ml、高氯酸1ml，置于电热板上150～250℃加热至样品溶解透明澄清，然后取下，冷却至室温，移入100ml的容量瓶中，用纯水稀释至刻度，充分摇匀，形成样品溶液；

3）制作工作曲线：

①配制系列稀土激活离子标准溶液，将稀土激活离子标准储备液(100μg/ml)配制成一系列不同浓度的系列溶液，以便进行工作曲线测定；系列标准溶液的配制具体步骤如下：

a)STD0：取100ml纯水置于100ml容量瓶中备用；

b)STD1：取5ml激活离子标准储备液置于100ml容量瓶中，用纯水稀释至刻度后摇匀，备用；

c)STD2：取10ml激活离子标准储备液置于100ml容量瓶中，用纯水稀释至刻度后摇匀，备用；

d)STD3：取20ml激活离子标准储备液置于100ml容量瓶中，用纯水稀释至刻度后摇匀，备用；

②绘制工作曲线：在电感耦合等离子体发生光谱仪中依次置入所述的配制好的标准溶液STD0、STD1、STD2、STD3，选择相应的最佳分析谱线波长测量标准溶液STD0、STD1、STD2、STD3发射光强度，绘制标准浓度与发射光谱强度一一对应的标准工作曲线，当线性系数大于0.999时，即为最佳分析谱线波长的标准工作曲线；

4）测试：将步骤2）配制样品溶液连接至电感耦合等离子体发射光谱仪的进样系统，选择相应的最佳分析谱线波长并启动测试软件程序，将待测溶液的发射光谱强度与所述的最佳分析谱线波长标准工作曲线进行对比分析，得到样品溶液稀土激活离子浓度ρ（μg/ml）；

5计算：按下式计算稀土激活离子含量w：

$w=\frac{\mathrm{\ρ}\×V\×{10}^{-4}}{m}\%$

式中：

ρ――样品浓度测定值（μg/ml）；

V――试样溶液体积的数值，单位为毫升（ml）；

m――样品质量数值，单位为克（g）。

所述的稀土激活离子元素最佳分析谱线波长选择如下：

Nd：401.225nm；406.109nm；430.358nm；415.608nm；

Yb：328.937nm、369.419nm、289.138nm、297.056nm；

Er：337.271nm、323.058nm、326.478nm、369.265nm；

Tm：313.126nm、346.220nm、342.508nm、384.802nm。

本发明的技术效果如下：

本发明改变了激光玻璃中稀土激活离子含量测试繁杂、耗时的传统常规化学分析方法，建立了化学处理与电感耦合等离子体发射光谱仪相结合的形式，快速、准确、有效的测定激光玻璃中稀土激活离子元素浓度的测试。本方法克服了激光玻璃复杂基体容易水解的问题，测试灵敏度高、选择性好,并利用该法直接准确地测定稀土激活离子元素含量,其测量结果的相对偏差小于1％，测定的结果与标准值相一致，能获得满意的结果，满足激光玻璃对稀土激活离子含量作出快速、准确测试的要求。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细阐述，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1：

本发明磷酸盐激光钕玻璃中钕离子含量测定方法，采用电感耦合等离子体发射光谱仪进行测量，包括实验条件、样品溶液制备、制作工作曲线、测试、计算，该方法的具体步骤为：

1实验条件：将电感耦合等离子体发射光谱仪的技术参数设置为：高频发生器功率：850W；雾化器压力：20PSI；进样泵速：1.85ml/min；积分时间：10s。

分析谱线波长：Nd：401.225nm；406.109nm；430.358nm；415.608nm。

2样品溶液制备：磷酸盐激光钕玻璃上随机取一块固体样品，用研钵进行研磨成颗粒状，颗粒样品经过筛获得不大于10目的颗粒样品。使用分析天平准确称取0.1000g（精确至0.0001g）样品颗粒于铂金内，记录称量结果。将样品粉末颗粒置于铂金坩埚内，缓慢滴加氢氟酸5ml、盐酸1ml至样品中，将铂金坩埚置于控温电热板上，将温度升高至180℃，蒸制样品近干，取下冷却。用少量纯水冲洗坩埚壁，加入盐酸5ml、高氯酸1ml，置于电热板上200℃加热至样品溶解透明澄清。然后取下，冷却至室温，移入100ml容量瓶中，用纯水稀释至刻度，充分摇匀，上机待测。

3制作工作曲线：

①配制系列钕离子标准溶液，将钕离子标准储备液(100μg/ml)配制成一系列不同浓度的系列溶液，以便进行工作曲线测定；系列标准溶液的配制具体步骤如下：

a)STD0：取100ml纯水置于100ml容量瓶中备用；

b)STD1：取5ml激活离子标准储备液置于100ml容量瓶中，用纯水稀释至刻度后摇匀，备用；

c)STD2：取10ml激活离子标准储备液置于100ml容量瓶中，用纯水稀释至刻度后摇匀，备用；

d)STD3：取20ml激活离子标准储备液置于100ml容量瓶中，用纯水稀释至刻度后摇匀，备用；

②绘制工作曲线：对配制好的标准溶液STD0、STD1、STD2、STD3依次进行钕离子发射光谱强度测定，在电感耦合等离子体发生光谱仪中输入上述配制好的标准溶液浓度，测量标准溶液STD0、STD1、STD2、STD3发射光强度，并绘制标准浓度与发射光谱强度一一对应的标准工作曲线，当线性系数大于0.999时，测得的工作曲线为有效工作曲线；

4测试：将步骤2中所述的样品溶液连接至电感耦合等离子体发射光谱仪的进样系统，启动测试软件程序，将待测溶液的发射光谱强度与最佳分析谱线的标准工作曲线进行分析，根据选择相应的最佳分析谱线波长，得到样品溶液稀土钕离子浓度ρ（μg/ml），重复测量3次。

5计算：按下式计算钕离子含量w：

$w=\frac{\mathrm{\ρ}\×V\×{10}^{-4}}{m}\%$

式中：

ρ――样品浓度测定值（μg/ml）；

V――试样溶液体积的数值，单位为毫升（ml）；

m――样品质量数值，单位为克（g）；

6测试结果见表1。

表1磷酸盐激光钕玻璃钕离子元素测试结果

激活离子元素	平均值/%	RSD/%
			Nd401.225nm	3.35	0.22
Nd406.109nm	3.35	0.37
			Nd430.358nm	3.37	0.30
Nd415.608nm	3.36	0.35

实施例2：

本发明磷酸盐激光铒玻璃中铒、镱离子含量测定方法，工作曲线设置、测试和计算与实施例1相同，实验条件和样品处理有所不同，如下：

1实验条件：将电感耦合等离子体发射光谱仪的技术参数设置为：

高频发生器功率：950W；雾化器压力：25PSI；进样泵速：2.05ml/min；积分时间：10s。

分析谱线波长：Er：337.271nm、323.058nm、326.478nm、369.265nm；

Yb：328.937nm、369.419nm、289.138nm、297.056nm。

2样品制备：磷酸盐激光铒玻璃上随机取一块固体样品，用研钵进行研磨成颗粒状，颗粒样品经过筛获得不大于10目的颗粒样品。使用分析天平准确称取0.1500g（精确至0.0001g）样品颗粒于聚四氟乙烯坩埚内，记录称量结果。将样品粉末颗粒置于聚四氟乙烯坩埚内，缓慢滴加氢氟酸5ml、盐酸3ml和硝酸1ml至样品中，将聚四氟乙烯坩埚置于控温电热板上，将温度升高至150℃，蒸制样品近干，取下冷却。用少量纯水冲洗四氟乙烯坩埚壁，加入盐酸9ml、硝酸3ml和高氯酸1ml，置于电热板上200℃加热至样品溶解透明澄清。然后取下，冷却至室温，移入100ml容量瓶中，用纯水稀释至刻度，充分摇匀，上机待测。

3测试结果见表2。

表2磷酸盐激光铒玻璃铒、镱离子元素测试结果

激活离子元素	平均值/%	RSD/%
			Er337.271nm	2.20	0.34
Er323.058nm	2.20	0.29
			Er326.478nm	2.20	0.33

Er369.265nm	2.21	0.20
			Yb328.937nm	6.86	0.43
Yb369.419nm	6.84	0.28
			Yb289.138nm	6.85	0.50
Yb297.056nm	6.86	0.37

实施例3：

本发明磷酸盐激光铥玻璃中铥离子含量测定方法，制作工作曲线、测试和计算与实施例1相同，实验条件和样品处理有所不同，如下：

1实验条件：将电感耦合等离子体发射光谱仪的技术参数设置为：

高频发生器功率：1150W；雾化器压力：30PSI；进样泵速：2.90ml/min；积分时间：5s。

分析谱线波长:Tm:313.126nm、346.220nm、342.508nm、384.802nm；

2样品制备：磷酸盐激光铥玻璃上随机取一块固体样品，用研钵进行研磨成颗粒状，颗粒样品经过筛获得不大于10目的颗粒样品。使用分析天平准确称取0.2000g（精确至0.0001g）样品颗粒于铂金坩埚内，记录称量结果。将样品粉末颗粒置于铂金坩埚内，缓慢滴加氢氟酸7ml、硝酸3ml至样品中，将铂金坩埚置于控温电热板上，将温度升高至170℃，蒸制样品近干，取下冷却。用少量纯水冲洗铂金坩埚壁，加入硝酸10ml和高氯酸1ml，置于电热板上210℃加热至样品溶解透明澄清。然后取下，冷却至室温，移入100ml容量瓶中，用纯水稀释至刻度，充分摇匀，上机待测。

3测试结果见表3。

表2磷酸盐激光铥玻璃铥离子元素测试结果

激活离子元素	平均值/%	RSD/%
			Tm313.126nm	5.45	0.19
Tm346.220nm	5.44	0.34
			Tm342.508nm	5.44	0.26

Tm384.802nm

5.46

0.39

实验表明，本方法测试激光玻璃中稀土激活离子元素含量灵敏度高、选择性好，其测量结果的相对偏差小于1％，测定的结果与标准值相一致，能获得满意的结果，满足激光玻璃对稀土激活离子含量作出准确测试的要求。

Claims (2)

1.一种激光玻璃中稀土激活离子含量的测定方法，特征在于采用电感耦合等离子体发射光谱仪进行测量，该方法的具体步骤为：

1）实验条件：将电感耦合等离子体发射光谱仪的技术参数设置为：高频发生器功率：850～1150W；雾化器压力：18～30PSI；进样泵速：1.0～3.0ml/min；积分时间：5～15s；

2）样品溶液配制：

激光玻璃上随机取一块固体样品，用研钵研磨成颗粒状，颗粒样品经过筛获得不大于10目的颗粒样品，使用分析天平准确称取0.0500～0.5000g样品颗粒，精确至0.0001g；将激光玻璃样品粉末颗粒置于铂金坩埚或聚四氟乙烯坩埚内，缓慢滴加氢氟酸5～10ml、盐酸或硝酸1～5ml至样品中，将铂金坩埚或聚四氟乙烯坩埚置于控温电热板上，将温度升高至150～250℃，蒸制样品近干，取下冷却；用少量纯水冲洗坩埚壁，加入盐酸或硝酸5～10ml、高氯酸1ml，置于电热板上150～250℃加热至样品溶解透明澄清，然后取下，冷却至室温，移入100ml的容量瓶中，用纯水稀释至刻度，充分摇匀，形成样品溶液；

3）制作工作曲线：

①配制系列稀土激活离子标准溶液，将稀土激活离子标准储备液(100μg/ml)配制成一系列不同浓度的系列溶液，以便进行工作曲线测定；系列标准溶液的配制具体步骤如下：

a)STD0：取100ml纯水置于100ml容量瓶中备用；

b)STD1：取5ml激活离子标准储备液置于100ml容量瓶中，用纯水稀释至刻度后摇匀，备用；

c)STD2：取10ml激活离子标准储备液置于100ml容量瓶中，用纯水稀释至刻度后摇匀，备用；

d)STD3：取20ml激活离子标准储备液置于100ml容量瓶中，用纯水稀释至刻度后摇匀，备用；

②绘制工作曲线：在电感耦合等离子体发生光谱仪中依次置入所述的配制好的标准溶液STD0、STD1、STD2、STD3，选择相应的最佳分析谱线波长测量标准溶液STD0、STD1、STD2、STD3发射光强度，绘制标准浓度与发射光谱强度一一对应的标准工作曲线，当线性系数大于0.999时，即为最佳分析谱线波长的标准工作曲线；

4）测试：将步骤2）配制样品溶液连接至电感耦合等离子体发射光谱仪的进样系统，选择相应的最佳分析谱线波长并启动测试软件程序，将待测溶液的发射光谱强度与所述的最佳分析谱线波长标准工作曲线进行对比分析，得到样品溶液稀土激活离子浓度ρ（μg/ml）；

5计算：按下式计算稀土激活离子含量w：

$w=\frac{\mathrm{\ρ}\×V\×{10}^{-4}}{m}\%$

式中：

ρ――样品浓度测定值（μg/ml）；

V――试样溶液体积的数值，单位为毫升（ml）；

m――样品质量数值，单位为克（g）。

2.根据权利要求1所述的激光玻璃中稀土激活离子含量的测定方法，其特征在于所述的稀土激活离子元素最佳分析谱线波长选择如下：

Nd：401.225nm；406.109nm；430.358nm；415.608nm；

Yb：328.937nm、369.419nm、289.138nm、297.056nm；

Er：337.271nm、323.058nm、326.478nm、369.265nm；

Tm：313.126nm、346.220nm、342.508nm、384.802nm。