粉末壓片X射線熒光光譜法測定長石中的主量元素

2015-06-03 18:51:18李志明劉丙森

科技創新導報 2015年9期

李志明劉丙森

摘要：針對X熒光熔融制樣需要采用鉑黃金坩堝等貴金屬器具，而在高溫下多金屬礦中的硫元素會對鉑黃金坩堝有很大傷害，嚴重時將直接導致坩堝無法脫模，不僅影響融樣速度，而且造成直接經濟損失巨大。熔融成型玻璃片在室溫下還容易出現破裂等現象，這是多金屬礦樣熔融制樣的一大難題。粉末壓片法制樣不僅解決了樣片破裂的問題，提高了制樣速度，而且還大大降低了制樣成本。通過粉末壓片法制樣，建立一套用波長色散X射線熒光光譜法測定長石中的硅鋁鉀鈉等主量元素的分析方法。通過對樣品粒度、壓片機制樣條件進行討論，確立了稱樣2.5000 g與羥甲基纖維素1.0000 g混合研磨2 min，壓片機壓力為30 t、保壓20 s的條件。實驗結果表明，此條件下該方法精密度高、準確性好，并具有快速、高效、樣品制備簡單、成本低等優點，可用于批量測定長石實際樣品。

關鍵詞：X射線熒光光譜法粉末壓片長石硅鋁鉀鈉等主量元素

中圖分類號：O657 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（c）-0024-02

長石是當今社會比較常用的一種化學物料，長石主要成份為SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO等，按照目數、白度及含鐵量等參數的不同，分別可用于制造陶瓷及搪瓷，玻璃原料，磨粒磨具等，在肥料的生產過程中也有著非常廣泛的應用。利用傳統方法測定長石中硅鋁鐵鈦鉀鈉都有很大的缺陷，無論是容量法還是使用ICP或者AAS[1-5]，不僅操作步驟多而且分析流程都比較長，難于連續批量測定。目前利用X射線熒光光譜法XRF測定長石中的主次量組分已有報道[6-10]，大多采用熔融玻璃片法，因為熔融玻璃片法能更好地消除礦物的粒度效應和基體效應，具有較好的準確度。但熔融法熔片成本比較高，無論是所添加的試劑，還是混合熔劑，再加上鉑-黃金坩堝的損耗，都是一筆不小的開銷，而且熔片速度比較慢，不適合批量樣品快速測試。經探索發現，長石樣品利用粉末壓片法制樣也比較方便，不僅制樣速度快，而且制樣成本低。

該文采用熱電ThermoX射線熒光光譜儀，通過一系列的試驗，選擇了合適的測試條件，建立了校準工作曲線，可以測定鉀、鈉、硅、鋁、鐵、鈦等十種主次量元素。通過標準物質實測值與標準值的比較，證明該方法的結果和國家標準物質的標準值相差不大，誤差能滿足化學分析誤差要求。從制樣到測樣只需15 min左右，測試周期短，分析速度快，批量測定時優點明顯。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

紅外鼓風干燥箱：GZX-9070MBE，上海博迅實業有限公司醫療設備廠。

分析天平：CPA124S型，北京賽多利斯科學儀器，感量±0.0001 g。

粉末壓片機：ZHY-601A，北京眾合創業科技發展有限責任公司，最大壓力40 t。

波長色散X射線熒光光譜儀：AdvantX型，美國熱電Thermo公司。端窗銠鈀X射線管，功率4 kW。各元素的測定工作條件見表1。

1.2 樣片的制備

準確稱取2.5000 g粉末樣品與纖維素1.0000 g混合均勻后置于瑪瑙研缽中，充分研磨2 min以上，于模具上在30 t的壓力下，保壓時間20 s，壓制成片。為了讓曲線更接近真實樣品，使其具有相同的粒度或粒度分布，標準物質按同樣方法制備成片，樣片于干燥器中備用。

1.3 測試

按照表1條件，測試GBW07103-07108、GBW07120-07122，GBW07301-07312等標準物質，建立校準工作曲線。按同樣條件測試樣品，儀器則會根據熒光強度自動計算出各元素含量。

2 結果與討論

2.1 制樣條件

通過多個樣片的壓制發現個別長石樣品粘結性不好，易裂，這是因為樣品中硅含量很高，必須通過加入粘結劑來解決，本文選擇添加羥甲基纖維素。通過多次試驗發現，加入羥甲基纖維素的比例大于20%時成片率高，40%時最佳。該文選擇樣品與羥甲基纖維素質量比例為5∶2。由于樣品采用粉末壓片法制樣時，X射線熒光強度與樣品粒度大小有很大關系。樣品粒度越小，粒度效應和礦物效應對熒光強度的影響越小；實驗結果表明，當樣品和纖維素混合研磨時間在2 min以上時，鐵、鋁、鈣等主量元素X射線熒光強度均保持穩定，本文選擇樣品研磨時間為2 min。壓片機壓力和保壓時間也會影響樣片的準確性和均勻性。該文通過實驗研究確定，在30 t的壓力下，保壓20 s，可以制得表面光滑、均勻、穩定的樣片。

2.2 標準曲線建立

校準樣品應與待測樣品在粒度、化學組成和結構上相似，而且其中各元素應具有足夠寬的含量范圍和適當的含量梯度。本文選擇GBW07103-07108、GBW07120-07122，GBW07301-07312等共13個標準物質作為校準樣品，該套校準樣品的含量范圍基本能覆蓋大部分的日常檢測樣品。同時，由于壓片都需要加入羥甲基纖維素，需要通過研磨將粒度效應降至最低，因此采用經驗系數法進行基體校正可獲得較好的線性校準曲線。各成分的含量范圍見表3。

2.3 方法精密度

為了驗證在本實驗條件下分析結果的穩定性，采用相同方法對一未知長石樣品進行9次相同壓片操作，通過測試結果來驗證方法的重現性。從表2可知，各元素的相對標準偏差在可接受的范圍內，說明長石在該條件下的重現性比較好。

2.4 準確度實驗

為了對工作曲線進行驗證，抽取兩個標準樣品進行測量，實驗結果如表4所示，可以看出各元素的分析結果與標準值的誤差在國家標準允許的范圍之內，能夠滿足日常分析。

3 結論

該文采用粉末壓片X射線熒光光譜法測定長石中硅鋁鉀鈉等主次量元素含量，具有較高的精密度和較好的準確性，快速、高效、樣品制樣成本低，制備簡單，實用價值高。用它替代化學分析，測量周期明顯縮短，而且可以批量測定，優勢明顯。

參考文獻

[1] 中國國家標準委員會.GB/T 14506.3-2010 硅酸鹽巖石化學分析方法[S].北京：中國標準出版社，2010.

[2] 王小強.電感耦合等離子體發射光譜法同時測定長石礦物中鉀鈉鈣鎂鋁鈦鐵[J].巖礦測試，2012，31（3）：442-445.

[3] 楊萬彪，傅明.ICP-AES測定鉀長石礦物中K、Na、Fe、Ti等元素[J].光譜實驗室，2003，7（4）：608-610.

[4] 王化南，陳瑤，汪進.ICP-AES測定鉀長石礦物中主量與微量元素[J].理化檢驗：化學分冊，1996，32（6）：365-367.

[5] 張秀香.原子吸收法測定鉀長石中鉀鈉鐵含量[J].煙臺師范學院學報：自然科學版，1997，13（2）：116-119.