粉末压片X射线荧光光谱法测定长石中的主量元素

李志明 刘丙森

摘 要：针对X荧光熔融制样需要采用铂黄金坩埚等贵金属器具，而在高温下多金属矿中的硫元素会对铂黄金坩埚有很大伤害，严重时将直接导致坩埚无法脱模，不仅影响融样速度，而且造成直接经济损失巨大。熔融成型玻璃片在室温下还容易出现破裂等现象，这是多金属矿样熔融制样的一大难题。粉末压片法制样不仅解决了样片破裂的问题，提高了制样速度，而且还大大降低了制样成本。通过粉末压片法制样，建立一套用波长色散X射线荧光光谱法测定长石中的硅铝钾钠等主量元素的分析方法。通过对样品粒度、压片机制样条件进行讨论，确立了称样2.5000 g与羟甲基纤维素1.0000 g混合研磨2 min，压片机压力为30 t、保压20 s的条件。实验结果表明，此条件下该方法精密度高、准确性好，并具有快速、高效、样品制备简单、成本低等优点，可用于批量测定长石实际样品。

关键词：X射线荧光光谱法 粉末压片 长石 硅铝钾钠等主量元素

中图分类号：O657 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（c）-0024-02

长石是当今社会比较常用的一种化学物料，长石主要成份为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO等，按照目数、白度及含铁量等参数的不同，分别可用于制造陶瓷及搪瓷，玻璃原料，磨粒磨具等，在肥料的生产过程中也有着非常广泛的应用。利用传统方法测定长石中硅铝铁钛钾钠都有很大的缺陷，无论是容量法还是使用ICP或者AAS[1-5]，不仅操作步骤多而且分析流程都比较长，难于连续批量测定。目前利用X射线荧光光谱法XRF测定长石中的主次量组分已有报道[6-10]，大多采用熔融玻璃片法，因为熔融玻璃片法能更好地消除矿物的粒度效应和基体效应，具有较好的准确度。但熔融法熔片成本比较高，无论是所添加的试剂，还是混合熔剂，再加上铂-黄金坩埚的损耗，都是一笔不小的开销，而且熔片速度比较慢，不适合批量样品快速测试。经探索发现，长石样品利用粉末压片法制样也比较方便，不仅制样速度快，而且制样成本低。

该文采用热电ThermoX射线荧光光谱仪，通过一系列的试验，选择了合适的测试条件，建立了校准工作曲线，可以测定钾、钠、硅、铝、铁、钛等十种主次量元素。通过标准物质实测值与标准值的比较，证明该方法的结果和国家标准物质的标准值相差不大，误差能满足化学分析误差要求。从制样到测样只需15 min左右，测试周期短，分析速度快，批量测定时优点明显。

1 实验部分

1.1 主要仪器

红外鼓风干燥箱：GZX-9070MBE，上海博迅实业有限公司医疗设备厂。

分析天平：CPA124S型，北京赛多利斯科学仪器，感量±0.0001 g。

粉末压片机：ZHY-601A，北京众合创业科技发展有限责任公司，最大压力40 t。

波长色散X射线荧光光谱仪：AdvantX型，美国热电Thermo公司。端窗铑钯X射线管，功率4 kW。各元素的测定工作条件见表1。

1.2 样片的制备

准确称取2.5000 g粉末样品与纤维素1.0000 g混合均匀后置于玛瑙研钵中，充分研磨2 min以上，于模具上在30 t的压力下，保压时间20 s，压制成片。为了让曲线更接近真实样品，使其具有相同的粒度或粒度分布，标准物质按同样方法制备成片，样片于干燥器中备用。

1.3 測试

按照表1条件，测试GBW07103-07108、GBW07120-07122，GBW07301-07312等标准物质，建立校准工作曲线。按同样条件测试样品，仪器则会根据荧光强度自动计算出各元素含量。

2 结果与讨论

2.1 制样条件

通过多个样片的压制发现个别长石样品粘结性不好，易裂，这是因为样品中硅含量很高，必须通过加入粘结剂来解决，本文选择添加羟甲基纤维素。通过多次试验发现，加入羟甲基纤维素的比例大于20%时成片率高，40%时最佳。该文选择样品与羟甲基纤维素质量比例为5∶2。由于样品采用粉末压片法制样时，X射线荧光强度与样品粒度大小有很大关系。样品粒度越小，粒度效应和矿物效应对荧光强度的影响越小；实验结果表明，当样品和纤维素混合研磨时间在2 min以上时，铁、铝、钙等主量元素X射线荧光强度均保持稳定，本文选择样品研磨时间为2 min。压片机压力和保压时间也会影响样片的准确性和均匀性。该文通过实验研究确定，在30 t的压力下，保压20 s，可以制得表面光滑、均匀、稳定的样片。

2.2 标准曲线建立

校准样品应与待测样品在粒度、化学组成和结构上相似，而且其中各元素应具有足够宽的含量范围和适当的含量梯度。本文选择GBW07103-07108、GBW07120-07122，GBW07301-07312等共13个标准物质作为校准样品，该套校准样品的含量范围基本能覆盖大部分的日常检测样品。同时，由于压片都需要加入羟甲基纤维素，需要通过研磨将粒度效应降至最低，因此采用经验系数法进行基体校正可获得较好的线性校准曲线。各成分的含量范围见表3。

2.3 方法精密度

为了验证在本实验条件下分析结果的稳定性，采用相同方法对一未知长石样品进行9次相同压片操作，通过测试结果来验证方法的重现性。从表2可知，各元素的相对标准偏差在可接受的范围内，说明长石在该条件下的重现性比较好。

2.4 准确度实验

为了对工作曲线进行验证，抽取两个标准样品进行测量，实验结果如表4所示，可以看出各元素的分析结果与标准值的误差在国家标准允许的范围之内，能够满足日常分析。

3 结论

该文采用粉末压片X射线荧光光谱法测定长石中硅铝钾钠等主次量元素含量，具有较高的精密度和较好的准确性，快速、高效、样品制样成本低，制备简单，实用价值高。用它替代化学分析，测量周期明显缩短，而且可以批量测定，优势明显。

参考文献

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