復雜玻璃成分的X射線 熒光光譜儀定量分析

戴旭鵬，朱紀青，黃松林，陳怡伯，唐 超

（南京玻璃纖維研究設計院有限公司，南京 211112）

0 前言

玻璃及玻璃纖維的生產是將按玻璃配方制備的配合料進行窯爐高溫熔制，經過澄清，均化，冷卻等過程最終制備成玻璃及玻璃纖維。在整個過程中，通過對玻璃或玻璃纖維中的化學成分的質量分數的快速檢測，進而掌握玻璃成分的波動情況。通過配合料配方的微調使產品的化學成分在規定范圍內波動是保證產品質量的關鍵。

玻璃或玻璃纖維的化學成分非常復雜，通常由多種元素的氧化物組成，目前主要的玻璃成分的分析方法以化學分析方法為主［1］，采用GB/T 1549-2008纖維玻璃化學分析方法的規定，并通過儀器分析方法如原子發射光譜（ICP），原子吸收光譜（AAS），分光光度計等設備輔助分析雜質質量分數。以重量法和容量法為主的這些方法耗時長，過程復雜，同時操作者的熟練程度要求較高，難以及時地獲得生產過程中玻璃的成分波動信息。而ICP和AAS等儀器分析方法，需要將樣品通過強堿熔化或強酸熔化等過程制備成溶液，檢測時間較長［2］。

X射線熒光光譜儀由于無損分析，制樣簡單，分析速度快，并可以同時對材料中的多種組分進行快速準確的測定，逐漸被人們所接受和重視［3］。隨著電子技術及國內新一代波長色散的X射線熒光光譜儀聯機軟件的發展，X射線熒光光譜分析法的準確性有了極大的提高［4-6］。本文采用標準曲線法，結合X射線熒光光譜法對玻璃樣品中的SiO2，Al2O3，CaO，MgO，Na2O，Sb2O5，BaO，V2O5等8種成分進行快速定量分析，滿足了玻璃生產工藝的需要。

1 實驗部分

1.1 原料與設備

本文中用于標樣制備的原料純度均為分析純，待測玻璃來源于窯爐生產線。

EDX4500H，能量色散X熒光光譜儀，江蘇天瑞儀器股份有限公司；

節能式快速升溫爐，湖南湘潭華豐儀器制造有限公司；

石墨模具。

1.2 制樣

X射線熒光光譜儀進行成分分析的制樣方法為2種：壓片法和熔片法。壓片法是將研磨好的玻璃粉末和甲基纖維素以9∶1的比例在研缽中混合，加入到模具中，并以硼酸輔助在壓片機中制備成直徑40 mm，厚度4 mm左右的圓片狀樣品，該方法速度快，但不能很好的消除基體效應，且存放較長時間后，樣品會吸潮粉化。熔片法是直接將玻璃制備成直徑40 mm，厚度4 mm左右的圓片樣品，消除基體效應，本文采用的方法是熔片法，具體過程如下：

（1）取配方原料或玻璃約150 g放入到鉑銠合金坩堝中。

（2）設定升溫曲線，溫度控制為1500 ℃，將鉑銠坩堝放入到馬弗爐中進行熔化，保溫4 h。

（3）高溫下將鉑銠坩堝取出，將玻璃液倒入石墨模具中制備直徑40 mm的待測樣品。

（4）將制備的玻璃圓片放入馬弗爐中，在500 ℃保溫1 h，進行退火，完成樣品制備。

1.3 XRF測定條件

測試前首先采用Ag標樣初始化，初始化條件為：管壓40 kV，管流200 mA，5號濾光片。玻璃成分定量分析時的測試條件為：

（1）SiO2，Al2O3，CaO，MgO，Na2O等 成 分 質 量分數的測試條件為管壓9kV，管流400 mA，1號濾光片，樣品室抽真空，計數率1000～4000/s，通道50～420，測量時間150 s。

（2）Sb2O5， BaO，V2O5等成分質量分數的測試條件為管壓45 kV，管流500 mA，5號濾光片，樣品室不抽真空，計數率1000～4000/s，通道421～4046，測量時間100 s。

1.4 標準樣品的制備

本文采用標準曲線法進行玻璃成分的X射線熒光光譜定量分析。即采用與待測玻璃相同元素組成的不同質量分數樣品，采用容量法測試標準樣品的玻璃成分，然后使用XRF測試，測量各峰的峰面積或峰高，用峰面積或峰高對各成分質量分數繪制標準曲線。

標準樣品選擇的化學組成與產品玻璃一致，質量分數范圍大于產品玻璃的成分控制范圍。制備過程與前文所述的制樣過程一致，本文所制備的標準樣品為5個。

1.5 標準曲線的建立

玻璃中各化學組成的測試條件如表1所示。

表1 玻璃中各種組分的測試條件

1.6 測定玻璃樣品

完成標準曲線的建立后，將生產過程中的玻璃制成熔片后，即可采用XRF熒光光譜儀進行測定。

2 結果討論

2.1 準確度的評價

為驗證熒光方法的準確度，將生產過程中不同批次的樣品玻璃的XRF測試結果與采用容量法分析的結果進行了比對，結果如表2所示。

表2 XRF與容量法的測試結果比對

2.2 精密度的評價

選取同一樣品，在不同的時間測試若干次，對測試結果的重復性或重現性進行評價。測試結果如表3所示：

表3 XRF測試結果的精密度評價

表2的結果表明，兩者的成分分析結果基本 一致。

上表的結果表明，XRF定量分析的結果重復性良好。

3 結論

采用XRF能夠快速、準確地進行玻璃成分分析，測試結果與容量法的檢測結果一致，有利于在玻璃或玻璃纖維生產過程中進行快速成分分析，控制玻璃成分的波動，穩定產品質量，通過本文研究主要結論如下：

（1）與玻璃磨粉后采用甲基纖維素及硼酸的壓片方法比較，采用玻璃熔片的標準樣品能夠長久的保存，定期對XRF設備進行校正。

（2）制備標準樣品時，組成標準樣品的元素種類與待測樣品應一致，標準樣品的質量分數范圍應大于待測樣品的成分控制范圍，且待測樣品的制備方法與標樣的制備方法應一致，否則會導致測試的數據誤差增加。

（3）建立標準曲線的樣品不能少于5個，這樣才能建立可靠的標準曲線。