有锂行天下 | 使用Avio 550 Max ICP-OES精准分析钠离子电池阴极材料

样品制备是ICP-OES分析的关键步骤，尤其是因为稀释系数可能影响常量元素检测结果的准确度。稀释系数较小时，基质元素的浓度较高，可能导致基质效应增强。然而，当采用较大的稀释系数时，分析误差往往随之增加。本研究通过制备和分析两种不同稀释系数（500倍和5000倍）的阴极材料Na_xMO₂考察了样品稀释的影响。

►将约0.1 g三元阴极材料样品Na_xMO₂与3 ml HCl和1 ml HNO₃一起放入DigiTUBE^®消解管中。盖上消解管盖子，置于样品制备模块（图1）中，在120℃下加热约60分钟。待样品完全溶解后，使用去离子水将溶液定容至50 mL（500倍稀释），用于常量元素和微量元素分析。样品制备一式两份。为检查方法准确度，一份样品溶液在消解前加标浓度为0.1 mg/L的微量元素。将样品进一步稀释10倍，配制5000倍稀释样品溶液。

图1.珀金埃尔默的SPB 50-48样品制备模块

所有分析均使用Avio 550 Max系列ICP-OES执行，其具有独特的中阶梯光栅光学部件和分段阵列电荷耦合器件探测器（SCD），提供高速分析以及同时测量所有元素。

►Avio 550 Max的通用数据采集（UDA）技术可通过同时采集检测器上所有可用谱线的数据，有效解析阴极材料产生的复杂光谱，无需显著增加分析时间或生成庞大数据文件即可实现全元素波长选择的灵活性，从而简化了方法开发流程⁷。该方法可通过添加新波长并重新处理数据来评估干扰并生成定量结果，无需重新运行样品，从而节省时间、成本、样品和资源。此外，Syngistix^™ ICP软件中的SmartQuant^™功能可实现快速数据分析，具有简洁的结果可视化界面和光谱显示能力，可使用户轻松确定无干扰波长⁸。

►Flat Plate^™等离子体技术与垂直炬管设计可处理高基质样品，而无需大量稀释^9,10。Avio 550 Max工作参数如表2所示。为降低样品中大量钠离子引发的易电离元素（EIE）效应，所有分析物均采用径向观测模式进行测量。由于阴极材料样品基质的多样性，采用耐用的PEEK MiraMist雾化器和旋流雾化室进行分析。分析物波长是基于相对灵敏度、无光谱干扰及校准标准品浓度范围等因素确定的，具体数值见表3和表4。本方法采用高精密度ICP-OES（HP-ICP-OES）技术对常量元素进行分析。HP-ICP-OES采用手动积分技术，确保真正的同步分析，从而获得最佳精密度。在方法开发过程中，通过自动积分确定了微量元素的积分和读取时间（表4）。在最终方法中，所有分析物均采用手动积分进行测量。钇（Y）被用作常量元素和微量元素分析的内标物。

图2.Na、Fe、Mn、Ni等基质元素及Cd、Pb等杂质的校准曲线（点击查看大图）

表5中所示检测限（DL）的确定方式为空白溶液测量10次所得数据的标准偏差乘以3。固体基质中检测限的确定方式为溶液中的检测限乘以样品制备过程中应用的稀释系数（0.1 g样品稀释至50 mL最终体积）。

表5.微量元素的检测限

（点击查看大图）

表6列出了500倍稀释样品制备方法中常量元素Na、Mn、Ni和Fe的分析结果及其精密度。Avio 550 Max ICP-OES可凭借其高精密度运行模式获得卓越的检测精密度，对所有常量元素进行10次重复测定得出的RSD均≤0.12%。

表6.500倍稀释阴极样品的常量元素检测结果（%）

图3.钠离子电池阴极材料样品经500倍及5000倍稀释后的常量元素检测结果（点击查看大图）

►因此，微量元素在500倍稀释样品中进行测定，具体结果详见表7。样品中Cd、Co及Cr的浓度均低于检测限，再次验证了降低稀释系数的优势。为验证结果的准确度，对加标样品进行了分析，其回收率曲线详见图4。所有微量元素的回收率均在其加标值的10%以内，证明Avio 550 Max ICP-OES能够对钠离子电池阴极材料进行准确的杂质分析。

表7.微量元素检测结果（mg/kg）

图4.加标样品的回收率（点击查看大图）

图5.常量元素摩尔百分比在4小时分析内的长期稳定性（点击查看大图）

此外，在4小时分析过程中，系统对内标信号进行自动监测，并在Syngistix软件的“Data Viewer”模块中绘制回收率曲线。如图6所示，所有回收率均控制在5%以内，证实了Avio 550 Max ICP-OES在高基质样品分析中的稳健性。