X射線熒光光譜法測定水玻璃中主次成分含量

周 正 王 吉 孫 蓉 鄭若鋒

(1 四川西冶新材料股份有限公司，成都 611743；2 四川西冶檢測科技有限公司，成都 611743)

前言

水玻璃俗稱泡花堿，是一種水溶性硅酸鹽，它的用途非常廣泛，幾乎遍及國民經濟的各個部門。在化工系統被用來制造硅膠、硅溶膠等各種硅酸鹽類產品，是硅化合物的基本原料；還有用作石油催化裂化的硅鋁催化劑、肥皂的填料、瓦楞紙的膠黏劑、實驗室坩堝等耐高溫材料、金屬防腐劑、水軟化劑、洗滌劑助劑、耐火材料和陶瓷原料、紡織品的漂、染和漿料、礦山選礦、防水、堵漏、木材防火、食品防腐以及制膠黏劑等[1]。

水玻璃在焊接材料中用作黏接劑，高端焊接材料對不同技術指標的水玻璃質量要求苛刻，它在焊接材料的抗吸潮、低煙塵等方面的焊接工藝表現尤為獨特。而國產水玻璃產品單一且品質不佳，主要表現在：渾濁、有懸浮物、易分層、顏色深及雜質高、性能穩定性差，不能滿足特種高端焊接材料研發和生產需要。因此，對水玻璃質量差異的檢測方法就顯得迫切而重要。

對液體水玻璃化學成分的檢測方法目前一般是采用化工行業標準《工業硅酸鉀鈉》(HG/T2830—2009)和國家標準《工業硅酸鈉》(GB/T4209—2008)，即用容量法測鉀鈉合量，用差減法減去四苯硼鈉重量法測得的K2O，得到Na2O的含量；SiO2則采用氟化取代滴定容量法進行測定。同時 ,水玻璃模數的快速測定和研究也有一些報道[2-6],但都是在化學法上所用試劑的改進方面。水玻璃的雜質元素Al、Ca、Mg、Fe等則可以通過電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定[7]，這兩種方法綜合起來才能對水玻璃做質量評價。其過程繁雜、耗時長，不能滿足水玻璃在線分析和科研要求，因而制約了對水玻璃產品的評價和認識。而X射線熒光光譜儀又不能直接對液體水玻璃進行測定，因為X射線光管大都在待測試樣品測量面的下方，稍有不慎，液體滴落會燒毀X射線光管。

為解決上訴問題，通過實驗找到了一種能快捷、準確測定水玻璃的方法。此方法直接將液體水玻璃稱入鉑金坩堝中加入熔劑、氧化劑和脫模劑后烘干、熔融制片后，用X射線熒光光譜法測定水玻璃種多種成分。使水玻璃的測定方法變得簡單、快捷、準確。方法大量用于產品分析和高端水玻璃產品的研制，均取得良好效果。

1 實驗部分

1.1 主要試劑

Li2B4O7(AR、用前在700 ℃灼燒4 h，取出稍冷，放入干燥器中冷卻待用)、LiBO2(AR)、LiF(AR)、混合熔劑配比(Li2B4O7∶LiBO2∶LiF=4.5∶1∶0.4)、氧化劑(NH4NO3，AR)、脫模劑(LiBr，AR)。

1.2 實驗設備

Axios mAX X射線熒光光譜儀(荷蘭帕納科公司)；SST陶瓷超尖銳X射線光管，SuperQ5.0k軟件；TNBDRYL-02電加熱熔樣機(河南洛陽特耐實驗設備有限公司，熔樣最高溫度1 100 ℃)；鉑金坩堝(Pt 95%、Au 5%)；分析天平(精度0.1 mg)；低溫電爐(1 kW可調電阻絲爐)。

1.3 實驗方法

因為考慮到本方法測定的是水玻璃中Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O、SiO2化合物，因此，在坩堝、混合熔劑、氧化劑和脫模劑的選擇上避免選擇含Al、Ca、Mg、Fe、K、Na、Si元素的物質，避免對真正測定的成分產生干擾。

一般來說，上照式最大的優點在于分析粉末壓片、疏松粉末和液體樣品時，樣品破損不會損壞X射線管，但上照式結構裝樣、卸樣比較麻煩，需要一套復雜的機械進樣裝置，上照式熒光分析樣品到X射線管的距離每次都需要定位，如果出現誤差的話對分析結果產生很大的影響；下照式不需要復雜的進樣裝置，樣品到X射線管的距離固定，下照式結果更加有利于空間的利用，并且下照式的檢測準確度更高，但下照式結構最大的問題在于破損的樣品會污染X射線管，造成較大損害。因此，本方法通過直接將液體水玻璃熔制成固體樣片，避免液體水玻璃在測定過程中對X射線管的損壞。

1.4 樣品的制備

將0.60 g(精確至0.000 1 g)水玻璃直接稱入熔片專用的鉑金坩堝中，加入5.000 0 g混合溶劑(Li2B4O7∶LiBO2∶LiF=4.5∶1∶0.4)、0.50～1.00 g氧化劑NH4NO3、15～20 mg LiBr，攪拌均勻后放于鉑金坩堝中，低溫電爐上烤干水分。在700 ℃預氧化3 min，升溫至1 150 ℃，熔融及搖動8 min。其間搖動坩堝，將氣泡趕盡，使熔融物混勻，然后冷卻，取出樣片，貼標簽，置干燥器保存。

2 結果與討論

2.1 X射線熒光光譜儀工作條件

X射線熒光光譜儀工作最佳條件：75 μm超薄鈹窗，SST陶瓷超尖銳X射線光管，X射線光管射頻功率4.0 kW，工作電流160 mA， 分析軟件為SuperQ5.0k軟件。Axios mAX X射線熒光光譜儀元素測量條件見表1。

表1 帕納科-待測元素測量條件Table 1 Conditions for measuring elements to be measured

2.2 標準數據與工作曲線

為涵蓋市場水玻璃各主次量成分范圍，選取了5種(SD1-SD5)含量具有代表性的瑞士進口高品質水玻璃和青島某廠家4種(SD6-SD9)水玻璃產品,以其材質書給定的分析結果為參考，進行國家標準檢測方法的復合驗證，其結果見表2。最后以此樣品作為標準，在給定的元素測量條件下(表1)測定其強度值，然后建立每種成分的工作曲線。

表2 標準樣品測定結果Table 2 Test result of standard sample /%

2.3 未知樣品的測定

選取12個未知樣品，在樣品的制備上需要和標準樣品保持一致，以消除制備過程中產生的誤差，避免對結果產生影響。用X射線熒光光譜法測定制備好的水玻璃樣品中的Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O、SiO2含量。同時采用國家標準法和ICP-AES法測定這12個樣品的主次量成分含量，其對比結果見表3。

表3 水玻璃樣國標法與本方法測定結果對比Table 3 Comparison between national standard method and the result of this method /%

2.4 方法的準確度實驗

水玻璃都會考察其模數、黏度、穩定性。K2O、Na2O、SiO2的含量是影響模數高低的主要因素，而其它雜質元素的多少則會影響水玻璃的穩定性。所以對水玻璃成分含量的準確測定十分重要。

通過對表4數據分析，可以看出，水玻璃中主含量K2O、Na2O、SiO2的測定結果與國家標準方法的測定結果吻合，SiO2、K2O、Na2O測定結果相對偏差分別為≤0.86%、≤1.25%、≤2.45%。而水玻璃中的低含量的雜質元素Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3的測定結果與電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-AES)的結果基本吻合。

2.5 方法的精密度實驗

在樣品中隨機抽取一個樣品，進行12次平行制樣、檢測。結果見表4，其相對標準偏差(RSD)在0.38%～14.3%。

表4 隨機樣品測試結果的相對標準偏差Table 4 The RSD of random sample test results /%

3 結語

方法解決了目前分析水玻璃成分的過程繁雜、耗時長，測定的成分也有限的弊端，分析結果與化學法相符，能夠滿足水玻璃在線分析和科研要求，能對水玻璃產品質量作出更加全面的分析。

[1] 康永,侯曉輝,柴秀娟.水玻璃復合材料應用研究的進展[J].現代技術陶瓷(AdvancedCeramics),2011,19(1):51-55.

[2] 蘇小莉,左國強,蔡天聰.硅酸鈉模數測定方法的探究[J].廣州化工(GuangzhouChemicalIndustry), 2011,39(1):118-119,139.

[3] 張憶，操應軍,樊新華，等.硅酸鈉含量快速測定方法[J].化學工程與裝備(ChemicalEngineering&Equipment),2012,41(4):128-130.

[4] 李海濤,張巍.水玻璃模數快速測定方法[J]. 應用能源技術(AppliedEnergyTechnology),2006,23(8):35-36.

[5] 宋頔.快速滴定硅酸鈉溶液中二氧化硅含量的改進[J].化學工程與裝備(ChemicalEngineering&Equipment),2010,43(8):180-181.

[6] 王福成. 水玻璃模數測定新方法的探究[J].哈爾濱軸承(JournalofHarbinBearing),2008,36(4):49-50.

[7] 馮曉軍.ICP-AES 法同時測定硅酸鹽雜質抑制劑水玻璃中Na、K、Si、Fe、Al的方法[J].武漢工程大學學報(JournalofWuhanInstituteofTechnology),2011,33(2):55-57.