EDXRF分析法测试面料中锗含量的初探

曹嘉洌 卓朝松

1.阿美特克商贸(上海)有限公司，上海 200131；2.汕尾市质量计量监督检测所，广东 汕尾 516600

EDXRF分析法测试面料中锗含量的初探

曹嘉洌1卓朝松2

1.阿美特克商贸(上海)有限公司，上海 200131；2.汕尾市质量计量监督检测所，广东 汕尾 516600

采用能量色散型X射线荧光(EDXRF)分析法测试面料中锗含量，阐述测试的基本原理，讨论影响测试结果的因素，建立散射谱线内标法校正模型。试验结果表明，EDXRF分析法测试面料中锗含量，单个样品的测试时间仅需180 s，平均绝对误差为1.10 μg/g，相对标准偏差为1.26%。

能量色散型X射线荧光分析， 面料， 锗含量

近年来，为了改善市场上常见面料大都采用单一品种且不具备保健功能的纤维纺织形成而存在的保健功能和舒适性差的缺点，提出了一种具有保健、防臭抑菌、防静电、导热及降温功能的锗(Ge)纤维面料[1-2]。其制备方法是在纺丝时加入由无机金属即锗粉体制成的母粒，形成具有功能性的锗纤维；所得到的锗纤维可制成长丝，或切成短纤，再与其他天然纤维混纺。由于锗的作用，锗纤维面料在低于人体表面温度的情况下可与人体皮肤周围的氧和水分子结合，产生负氧离子、羟基负离子，达到杀菌和清新空气的效果。采用锗纤维面料制成的衣服可保持干爽，穿着时贴身而不黏附，并具有防臭抑菌功能，且微量锗元素可透过皮肤，进入人体内形成有机锗，有益于身体健康。因此，锗纤维面料在民用服装、家用纺织品或产业化功能材料等领域都有广阔的发展前景，研究一种简易、快速测定面料中锗含量的方法就很有必要。本文选择能量色散型X射线荧光能谱仪测定面料中的锗含量。

1 基本原理

在样品和标样的物理化学形态相似、锗含量在较小范围内、样品组成的各元素间吸收增强效应可以忽略的情况下，锗含量(CGe)和面料放出的锗的特征谱线强度呈线性关系[3]232：

CGe=A1+A2IGe

(1)

式中：IGe为面料放出的锗的特征谱线强度，cnt；A1和A2为经验系数。

由式(1)可知，通过测试面料放出的锗的特征谱线强度，可获得锗含量CGe。但在实际分析过程中，由于面料的表面平整度和织造工艺差异及基体效应等因素，影响了面料中锗含量与锗的特征谱线强度之间的线性关系，且产生了分析误差。因此，为准确分析面料中锗含量，可采用散射线内标法对式(1)加以校正。散射线不仅可用于校正基体中吸收效应，还可对样品的物理形态如表面、密度和粒度差异等进行校正，非常适合面料的实际分析[3]234。

2 试验仪器及分析条件

试验仪器为SPECTRO MIDEX型小焦点X射线荧光能谱仪，其主要部件有侧窗式X射线管、样品室、计数器等。采用新型硅漂移计数器，其Mn-Kα谱线处的分辨率在输入计数率为1 000 000 cps时为130 eV， 通过计算机及其操作软件完成X射线荧光光谱信号的收集和数据处理。该仪器具备灵敏度高、使用便捷、无破坏性等特点，可对各种形态的固体材料进行快速分析。

SPECTRO MIDEX型小焦点X射线荧光能谱仪以X射线管为激发源，可测定钠(Na)～钨(U)之间的元素。应用该仪器快速分析面料中锗含量，测量条件见表1。

表1 测量条件

选择Mo作为X射线管靶材。Mo靶的特征光谱能量大于且接近锗元素Kα谱线的能量，故其激发效果较好，由图1可知，所获得的锗的特征谱线有较高的灵敏度和强度梯度，为锗元素建立其标准曲线提供了良好的条件。

图1 锗的特征谱线

3 试验方法

3.1 标准曲线的建立

(1) 取5个样品，经精确化学法定量后作为标样；

(2) 精确测定标样中锗的特征谱线强度和散射谱线强度；

(3) 用线性回归法求锗元素的标准曲线中的各项经验系数[4]。

3.2 样品中锗含量的分析

测定样品中锗的特征谱线强度和散射谱线强度，在标准曲线上计算出样品中锗含量。

4 影响因素及校正模型

样品是纤维织物，因此，面料的表面平整度、织造工艺、纤维成分是影响锗含量分析结果的主要因素。在这种情况下，采用X射线管靶材的康普顿散射谱线强度为内标进行校正，其模型：

(2)

式中：CGe为锗含量；IGe、IScattering分别为锗的特征谱线强度、散射谱线强度；A1、A2为经验系数(通过多元线性回归分析求得)。

经线性回归分析得到的测量值和标准值关系曲线如图2所示。

图2 测量值和标准值关系曲线

5 分析数据

采用EDXRF法得到的样品中锗含量的测试结果与化学分析法得到的测试结果均列于表2中。由表2可知，EDXRF法得到的面料中锗含量的测试结果的绝对误差小于2.00 μg/g，平均绝对误差为1.10 μg/g，平均相对误差为6.10%。选择3号样品，以EDXRF法重复测试10次，测试结果见表3。由表3可知，EDXRF法得到的面料中锗含量的测试结果的相对标准偏差(RSD)为1.26%。

表2 样品中锗含量测试结果

表3 3号样品的锗含量重复测试结果(EDXRF法)

6 结论

从试验数据可知，利用EDXRF法分析面料中锗含量，具有分析速度快及准确度、精度较高的优点。锗在靶材为Mo的X射线管的激发下有良好的灵敏度。影响测量准确度的原因主要是面料样品的物理形态差异，如表面平整度、织造工艺、纤维成分等。本文采用X射线管靶材的康普顿散射谱线强度为内标进行校正，效果较好。但散射谱线强度作为内标，无法校正纤维配方差异带来的增强效应。因此，要进一步改善EDXRF法分析面料中锗含量的准确度和精密度，可以：

(1) 对面料中存在的其他元素进行分析，更全面地考虑其他元素对锗的吸收增强效应；

(2) EDXRF法分析所需的标样较难获得，若能得到更多可靠的定值标样，可增强标准曲线的适应性；

(3) 采用特定的滤光片如锌(Zn)片，对面料中产生的X射线荧光谱线进行能量选择，可提高锗含量的测量精确度[3]108-109。

[1] 谈辉，张瑞民.一种健康、舒适和环保的新型功能纤维[J].高科技纤维与应用，2012，37(3)：61-63.

[2] 王迪，刘艳君，方方.锗纤维针织面料的服用性能及综合评价[J].产业用纺织品，2015，33(4)：14-16+32.

[3] 吉昂，卓尚军，李国会.能量色散X射线荧光光谱[M].北京：科学出版社，2011.

[4] 李丹，赖万昌，王广西，等.EDXRF法测定煤中全硫的初步研究[J].核电子学与探测技术，2011，31(8)：891-893.

Preliminary study on test of germanium content in fabrics by EDXRF analysis method

CaoJialie1，ZhuoChaosong2

1.Ametek Commercial Enterprise(Shanghai)Co.， Ltd.， Shanghai 200131， China；2.Shanwei Supervision Testing Institute of Quality & Metrology， Shanwei 516600，China

The energy dispersive X-ray fluorescence(EDXRF) analysis method was used to test the germanium content in fabrics， the basic principle of the test was described， the factors influencing on the tested results were discussed， and the calibration model of scatter internal standard was established. The experimental results showed that a single sample’s testing time was only at 180 s by using the EDXRF analysis method to determine the germanium content in fabrics， the average absolute error was at 1.10 μg/g， and the relative standard deviation was at 1.26%.

energy-dispersive X-ray fluorescence analysis， fabric， germanium content

2016-11-29

曹嘉洌，男，1984生，应用工程师，主要从事EDXRF仪器应用工作

O657.34

A

1004-7093(2017)06-0039-04