X射线荧光光谱法测定纯铝制品中的主要杂质元素

曹爱青

(济钢集团有限公司，济南 250101)

0 引言

铝制品的检测方法大多采用经典的湿法化学分析、电感耦合等离子体原子发射光谱[1]、直读发射光谱法、红外光谱法[2-3]等。用化学分析法分析纯铝制品，方法繁琐，时间冗长，投入的人力物力较多；直读光谱法虽说可在较短时间内报出结果，但是需用块状样品，且光谱仪需要特定的基于铝基的分析通道和分析程序。对于铝粒、铝线等小样品的检测，由于制样或者分析程序的问题，使得前述几种检测方法受到很大程度的限制。

X射线荧光光谱分析法是通过测量试样中某元素特征X射线的强度，采用适当的方法进行校准与校正，求出该元素在试样中的百分含量。该分析仪器有“非破坏”、“快速”、“高精度”和“低成本”的特点，而且分析元素范围广，测定元素的含量范围宽[4-6]，但是，由于样品大小及形状的影响，使X射线荧光光谱分析仪的检测受到极大的限制。因此可通过改善制样方法，制成适合该设备的分析样品，创建分析方法，用X射线荧光光谱法测定纯铝制品中各元素的含量。

1 实验部分

1.1 主要仪器及测量条件

ZSX Primus X射线荧光光谱仪(株式会社理学)：端窗铑靶，真空光路，不加过滤片，电压40 kV，电流60 mA，其它优化条件见表1。

表1 X射线荧光光谱仪测量条件Table 1 Instrument operating conditions

1.2 样品制备

样品制备是X射线荧光光谱法分析的关键，很多物料由于不能处理成适用于X射线荧光光谱分析的样品而限制了X射线荧光光谱分析法的应用。该设备要求，试样直径介于30～51 mm，厚度小于40 mm。

现场取回的纯铝制品形状多样且大小不一，对于块状样品，可直接用高速试样切割机分切，对于铝线、铝粒等小样品可通过高温熔融，制成块状样品，打磨出符合要求的分析表面，以适应X射线荧光光谱仪分析的要求。

制出的试样，要求X射线的分析表面不能出现多孔质表面，也不能出现气孔、大块析出物和表面脏污等现象。

1.3 曲线绘制

X射线荧光光谱分析法一般采用相对比较法进行，在实际检测的过程中发现，所有样品或多或少都会受到共存元素的影响。该实验选用了两套基体与被测样品相同且组分相近的标准样品，以减少共存元素的影响并避免样品固有的误差因素。完成标准样品的测量以后，用校正程序对各组分进行计算，在回归计算时，分别对Fe，Si，Mg，Zn，Ni，V等元素做了吸收增强或重叠干扰的校正，各元素的校正曲线线性较好。图1～4是几种典型元素经过校正后的分析曲线。

图1 Fe元素的校正曲线 Figure 1 Calibration curve of Fe.

图2 Si元素的校正曲线 Figure 2 Calibration curve of Si.

图3 Mg元素的校正曲线 Figure 3 Calibration curve of Mg.

图4 Mn元素的校正曲线 Figure 4 Calibration curve of Mn.

2 结果与讨论

2.1 样品处理

标准样品的表面处理与被测样品需要完全一致。所制备的样品表面要均匀。如果不均匀且当样品不旋转时，测量强度会随样品的放置方向而变化。此时，在分析样品时，应设置样品旋转。

2.2 电压与电流的选择

X射线发生器是给X射线管提供高压的装置，总功率一般为3 kW(或4 kW)，高压与电流通常是20～60 kV与2～100 mA。外加电压太高会使背景增大，信噪比变小，一般选择40～60 kV，通过实验确定电压为40 kV。在低压下通大电流，灯丝加热异常，会有烧断的危险，再者X射线管的最大负荷也有限制，实验确定电流为60 mA。

2.3 精密度实验

选择一块试样，用分析纯铝程序连续测定7次，结果如表2所示。

表2 精密度实验结果Table 2 Precision test of the method /%

2.4 准确度实验

按照确定的分析方法，测定标准样品与随机抽取的两批被测样品，与ICP-AES法的数据进行了比对。ICP-AES法所用样品是被测样品熔融前制取的屑状样品，X射线荧光光谱法所用样品则是制取屑状样品后剩余的被测样品，测定结果见表3。

表3 分析结果对照Table 3 Comparsion of analytical results /%

由表3数据看出，X射线荧光光谱分析法测定的标准样品的结果与推荐值基本一致；测定的被测样品中各元素的测定结果与ICP-AES法测得的结果基本一致。可以说明，X射线荧光光谱法结果可靠。

3 结论

用X射线荧光光谱仪进行纯铝制品中各化学成分的检测方法，精密度好，准确度高，该方法操作简单易于掌握，与化学法、电感耦合等离子体原子发射光谱法比较，大大缩短了分析时间，更能适应生产快速检验的需要。

[1] 蒋苏琼,张忠亭,邓飞跃.电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定铝-钛-硼合金中10种元素[J].中国无机分析化学,2011,1(1):65-68.

[2] 钟华.脉冲加热-红外吸收光谱法测定钒铝合金中氢[J].中国无机分析化学,2013,3(2):56-59.

[3] 徐本平.红外吸收光谱法测定钒铝合金中的碳和硫[J].中国无机分析化学,2013,3(2):66-70.

[4] 章连香,符 斌.X-射线荧光光谱分析技术的发展[J].中国无机分析化学,2013,3(3):1-7.

[5] 周素莲,黄肇敏,崔萍萍.X射线荧光光谱法测定铝合金及纯铝中痕量元素[J].理化检验:化学分册,2009,45(4):474-475,479.

[6] 吴岩青,徐海.X射线荧光光谱法测定超硬铝合金中成分[J].理化检验:化学分册,2005,41(1):28-29.