X射線熒光光譜在硅酸鹽全分析中的應(yīng)用

李永玲，索也兵，劉偉，趙旭東

（中國建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院 北京 100035）

0 引言

硅酸鹽全分析項目為 SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、 MnO、 MgO、 CaO、 Na2O、 K2O、 TiO2、P2O5、H2O+、H2O-、LOl等14項。眾所周知，硅酸鹽全分析的常規(guī)檢測方法是化學法，包括滴定法、紫外分光光度法、原子吸收法等多個檢測手段。化學法每個項目都是單獨做，而且大部分都是使用滴定法，檢測步驟繁瑣，耗時較長，一般來說，一個全分析從溶解樣品到發(fā)出檢測報告需要一周的時間。常規(guī)檢測方法工作量大，耗時長，效率較低，急需新的技術(shù)補充或替代分析。

研究的X射線熒光光譜儀檢測硅酸鹽項目，檢測樣品包括但不限于硅酸鹽巖石，也可以是陶瓷、耐火材料等建材材料。目前研究的硅酸鹽標準曲線可測定 SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、TiO2、P2O5、MnO10個項目，經(jīng)過多次試驗論證，這10項檢測結(jié)果數(shù)據(jù)在要求的誤差范圍之內(nèi)，檢測結(jié)果可靠。

X射線熒光光譜檢測硅酸鹽中的SiO2、Al2O3、Fe2O3、 MgO、 CaO、 Na2O、 K2O、 TiO2、 P2O5、MnO10項僅需要幾分鐘，加上熔融樣品的時間也不到半小時，而且X射線熒光光譜儀一次性可以測試多個樣品，大大提高了工作效率。因此，研究用XRF測定硅酸鹽全分析中的部分項目對提高檢測效率有著顯著意義。

1 儀器設(shè)備與材料

（1） X-射線熒光光譜儀（AdvantXP），美國熱電公司，測定二氧化硅的儀器工作條件見表1。

（2） 高溫爐：XRF高頻熔樣爐。

表1 儀器工作條件

（3） 電子天平：1/100 000天平。

（4）坩堝：鉑金和黃金合金坩堝。

（5） 溶劑：67Li2B4O7:33LiBO2 X熒光專用溶劑。

（6）脫模劑為飽和溴化鋰。

2 熔片的制備與測量

準確稱取 5.4g（±0.0002g）67Li2B4O7:33LiBO2 X熒光專用熔劑，稱取0.6g（±0.0002g） 試樣，攪拌均勻，加入10滴飽和溴化鋰脫模劑，放入XRF高頻熔樣爐，按照不同的試樣設(shè)置合理的熔樣加熱功率、成型加熱功率、氧化時間、升溫時間、恒溫時間、轉(zhuǎn)擺時間、成型時間，設(shè)置完畢后點擊確定按鈕，儀器自動升溫開始工作。一般樣品整個熔解過程需要10分鐘，熔解完畢，熔樣爐發(fā)出報警，將溶液倒入已加熱的鉑—黃合金成型模具中，自然冷卻三分鐘后樣品成玻璃片狀且與模具自動剝離，取出，貼好標簽，放入X射線光譜儀裝樣盒內(nèi)待測定。

創(chuàng)建一個批處理，選擇已經(jīng)完成的工作標準曲線，輸入樣品名稱和編號，點擊測試后自動分析。每個樣品大約需要10分鐘分析完畢，儀器會自動分析下一個樣品。

3 工作曲線的制作

3.1 標準曲線的制作

工作曲線的制作是本次討論的重點，工作曲線的微小差異也會導致檢測數(shù)據(jù)超出誤差范圍，因此，標準樣品的選擇至關(guān)重要。下面以二氧化硅為例展開討論。為了保證曲線的覆蓋范圍盡量廣泛，按照二氧化硅含量的不同，從低到高，選擇了28個標準樣品，經(jīng)過不斷的實驗論證和標準樣品的比對，選定9個標準樣品制作了二氧化硅標準曲線，為了避免誤差，曲線采用的是一次曲線，其它個別元素在特殊情況選擇二次曲線。下面以二氧化硅為例制作標準曲線，見表2和圖1。

表2 二氧化硅標準值和測試值

表2 同一樣品的多次檢測對比

圖1 二氧化硅標準曲線

本標準曲線X軸是二氧化硅的濃度，Y軸是二氧化硅K線的凈強度。

3.2 數(shù)學模型

在X熒光光譜儀設(shè)定好的條下測定標準樣品的熒光強度（I），然后根據(jù)其含量與相對強度呈線性關(guān)系，建立如下數(shù)學模型：

I:各標準樣品測量的相對熒光強度

a:工作曲線的截距

b:工作曲線的斜率

C：各標準樣品的濃度

4 樣品的檢測與結(jié)果的分析

樣品的熔融過程和標準樣品的熔融過程相同，在具體的試驗過程中，根據(jù)樣品成分的不同，熔融時間有一定的變化，但是整個過程步驟相同，因成分含量不同，熔片顏色和深度也不盡相同，只要顏色均勻，沒有未熔融的雜質(zhì)，樣片就是合格的。

樣片在空氣中自然冷卻后，放入X射線光譜儀裝樣盒內(nèi)待測。創(chuàng)建一個批處理，選擇已經(jīng)完成的工作標準曲線，輸入樣品名稱和編號，點擊測試后自動分析。

一般來說，為了保證結(jié)果的準確，同一樣品做三次就可以了，選擇最接近的兩個數(shù)據(jù)取平均值，如果3個數(shù)據(jù)差距較大，超出誤差范圍，就需要重新檢測了。本示例為了更加準確，共做了6次，GBW07427、GBW07404、GBW07310這三個樣品所有檢測數(shù)據(jù)均在誤差范圍之內(nèi)，所以直接取平均值，只有GBW07407其中一個數(shù)據(jù)超過了誤差范圍，其余五個數(shù)據(jù)很接近，且在誤差范圍之內(nèi)，所以舍棄超范圍的數(shù)據(jù)，取五個數(shù)的平均值。舍棄的數(shù)據(jù)考慮是在熔解樣品的過程中有損失，所以導致含量偏低。

5 結(jié)語

通過以上檢測數(shù)據(jù)可以看出，X-熒光光譜儀檢測樣品結(jié)果準確度高，數(shù)據(jù)均在誤差范圍之內(nèi)，且檢測時間短，可操作性強，很大程度的提高了工作效率，能很好的滿足硅酸鹽全分析的需求。