以Li2B4O7為單溶劑制備硅酸鹽化學成分分析熔片的研究*

陳世清 招鍵君

(廣東東鵬控股股份有限公司 廣東 佛山 528031)

前言

玻璃熔片法是以高溫下的化學分解反應為基礎、為得到均勻的固態玻璃體，需控制熔融物冷卻過程中的相變過程。以Li2B4O7為溶劑，在熔融狀態下的化學反應將陶瓷原料中的固態硅酸鹽轉化為玻璃態的硼酸鹽。熔融的目的有二：一是使樣品中的化合物與溶劑反應形成溶液；二是使溶體冷卻形成固態玻璃體，得到均勻、可控制尺寸的玻璃片，可直接放入X射線熒光光譜儀進行測量。玻璃融片法有以下優點：

1)消除礦物效應、粒度效應等造成不均勻性效應；

2)因溶劑的稀釋作用，共存元素效應減少；

3)可使用試劑配置標準樣品；

4)分析主成分元素時的樣品用量少(1 g以下)；

5)使高精度的分析成為可能。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器

全自動多頭熔樣機；電熱鼓風干燥箱；箱式電阻爐；帕納科AxiosmAX波長色散X射線熒光光譜儀；坩堝(95%Pt+5%Au)。

1.2 試驗試劑

LiF；NH4NO3；LiBr(飽和溶液)；無水Li2B4O7。

1.3 玻璃熔片的制備方法

1.3.1 方法A：按照國標GB/T 14506-2010中的熔片標準

稱取0.700 0 g試樣加入到裝有5.200 0 g Li2B4O7、0.400 0 g LiF、0.300 0 g NH4NO3的坩堝中，將固體攪拌均勻，滴入3滴LiBr飽和溶液后放入全自動多頭融樣機，按照表1中條件進行熔融作業。作業完畢后，取出裝有玻璃熔片的模具，放入干燥器冷卻，冷卻后倒出熔片，標記編號，放入干燥器留待檢測。

表1 熔融條件及參數

1.3.2 方法B：樣品與溶劑質量比為1∶10的方法

稱取0.700 0 g試樣加入到裝有7.000 0 g Li2B4O7的坩堝中，將固體攪拌均勻，滴入3滴LiBr飽和溶液后放入全自動多頭融樣機，按照表1中條件進行熔融作業。作業完畢后，取出裝有玻璃熔片的模具，放入干燥器冷卻，冷卻后倒出熔片，標記編號，放入干燥器留待檢測。

1.4 儀器測量條件

按照儀器操作程序掃描各通道，匯編最佳的元素測量條件，見表2。

表2 元素測量條件

1.5 工作曲線繪制

采用一系列的硅酸鹽巖石標準物質，分別按照方法A和方法B的玻璃熔片制備方法進行制樣、熔片，按照儀器的操作程序，分別繪制工作曲線。用AUSMON進行校正。工作曲線回歸方程及相關系數見表3。按方法A熔片的工作曲線圖見圖1～圖8，按方法B熔片的工作曲線圖見圖9～圖16。

表3 工作曲線回歸方程及相關系數

Fe2O3y = 42.031x + 0.2783R2 = 1y = 34.457x + 0.7631R2 = 1CaOy = 5.0068x + 0.2775R2 = 1y = 0.4215x + 0.0205R2 = 0.9989MgOy = 5.0499x - 0.8903R2 = 1y = 4.2028x - 0.4903R2 = 1K2Oy = 11.855x - 0.0318R2 =1y = 10.186x + 0.0745R2 = 1Na2Oy = 2.006x + 0.023R2 = 0.9996y = 1.6808x + 0.0587R2 = 0.9997TiO2y = 13.67x - 0.0395R2 = 1y = 10.512x + 0.014R2 = 1

表3中，y為譜線強度(kcps)，x為化學成分含量(%)。

圖1 方法A的SiO2工作曲線

圖2 方法A的Al2O3工作曲線

圖3 方法A的Fe2O3工作曲線

圖4 方法A的CaO工作曲線

圖5 方法A的MgO工作曲線

圖6 方法A的Na2O工作曲線

圖7 方法A的TiO2工作曲線

圖8 方法A的K2O工作曲線

圖9 方法B的SiO2工作曲線

圖10 方法B的Al2O3工作曲線

圖11 方法B的Fe2O3工作曲線

圖12 方法B的CaO工作曲線

圖13 方法B的MgO工作曲線

圖14 方法B的Na2O工作曲線

圖15 方法B的TiO2工作曲線

圖16 方法B的K2O工作曲線

2 結果與討論

2.1 樣品測試

重現性測試。采用同一個標準樣品(GBW03116)分別用方法A、B進行重復熔片、測試，記錄其測量值。結果見表4、表5。

表4 按方法A熔片的重復性測試數據(質量%)

表5 按方法B熔片的重復性測試數據(質量%)

對比表4、表5可知，2種熔片方法各化合物的RSD均小于5%，可認為這2種方法的重復性良好。

用方法A熔片測試的CaO、K2O含量較為穩定，而用方法B熔片測試的SiO2、Al2O3、MgO、Na2O含量較為穩定，兩種方法對Fe2O3、TiO2含量的測定穩定性一樣。

2種方法中的相對誤差均小于10%，可認為兩種方法均能準確測定化合物含量。其中方法A熔片測試的SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、Na2O與標準物質的標準值相對誤差較小，而用方法B熔片測試的CaO、K2O、TiO2與標準物質的標準值相對誤差較小。

2.2 檢出限

查看曲線的檢出限，將兩種熔片方法繪制的曲線的檢出限進行對比。

表6 按方法A熔片繪制的曲線的檢出限(質量%)

表7 按方法B容片繪制的曲線的檢出限(質量%)

對比表6、表7可知，用方法A熔片繪制曲線的Al2O3、CaO、MgO、Na2O、TiO2的檢出限較低，而用方法B熔片繪制曲線的SiO2的檢出限較低，2種方法熔片繪制曲線的Fe2O3檢出限一樣。

3 結論

本實驗將A、B兩種方法的熔片進行重復性測試，從測試重復性、穩定性、相對誤差和檢出限4方面作出對比。方法A和方法B都有良好的重復性和穩定性。兩種方法中的各化學成分測量值相對誤差均小于10%，可認為兩種方法的測量值準確。兩種熔片方法繪制的曲線的檢出限各有高低。在實驗中發現，用方法B的稱量時間較短，簡單快速，能提高熔片、測量的效率，但因缺少氧化劑和助溶劑，用這種熔片方法會存在熔融時顆粒分解不完全導致結晶、開裂或破碎，使熔片作廢。因此要注意樣品在熔片之前應先充分研磨至粒徑小于等于75 μm并充分干燥，且在熔片制備過程中注意將樣品和溶劑固體混合均勻，以免樣品顆粒結團。綜合以上數據表明，兩種方法測試結果在可接受范圍，且方法B耗時較短，可較大提高工作效率。