X射线荧光光谱法测定地质样品中的硫和氟

阿丽莉 张盼盼 贺攀红 杨 珍 梁亚丽 杨有泽

(1河南省核工业放射性核素检测中心，郑州 450044；2 河南省核工业地质局，郑州 450044)

前言

目前，随着地质工作的深入研究，国内外都在应用各种分析手段开展分析研究地质样品中的常量和微量元素，像S、F等微量非金属元素等。测定S元素常用的方法有电极法、离子色谱法、红外碳硫分析仪法和电感耦合等离子体发射光谱法，测定F元素主要有离子色谱法、分光光度法和氟离子选择电极法。除红外碳硫分析仪法以外，这些方法一般均需分解样品后测定才能得到满意的结果，氟离子选择电极法也已广泛应用于地质样品中氟的测定[1]，但这些方法样品前处理过程麻烦、人为参与多，影响结果准确度，且速度缓慢，无法满足实验室大批量样品快速生产的要求。为此，有必要建立一种快速、准确的测定S、F元素含量的方法。

研究显示，X射线荧光光谱法(XPF)在地质、冶金、环境、材料、化工等领域是比较成熟的成分分析手段，也是比较经典的主次痕量元素分析方法，由于其不需要分解样品，具有样品前处理简单、能同时进行多元素快速分析、自动化程度高等特点，被广泛应用于测定硅酸盐等地质样品和矿石中主次痕微量元素的测定[2-4]。用XPF法建立的标线来分析测定S、F元素，关键在于选择正确的校准样品和仪器测量条件，且目前国内外用该法分析S、F元素的报道不多[5-11]，尚未有研究样品粒度对测定结果影响方面的报道。

本文采用粉末压片法制样-X射线荧光光谱法对地质样品中的S、F元素进行测定，通过实验优化样品粒度，选用国家一级标准物质作为校准样品，以求建立测定S、F元素的方法，实现了地质样品中S、F元素的快速测定。

1 实验部分

1.1 仪器设备及试剂

PW4400波长色散型X射线荧光光谱仪(荷兰PANalytical)；SL201半自动压样机(上海盛力)；JY502T电子天平(上海衡平)；干燥箱；碎样仪。

国家级GBW系列标准物质、低压聚乙烯、微晶纤维素。

1.2 样品制备

准确称取4.00 g经105 ℃烘干的样品(粒径﹤85 μm)放入磨具内拨平，加低压聚乙烯垫底镶边，在30 MPa压力下保持30 s，压制成圆形样片(Ф=32 mm)，编号放入干燥器内保存待测。

1.3 样品测定

1.3.1 测定条件

分析元素的测定条件见表1。

表1 测定条件

1.3.2 校准曲线

选取与待分析样品基体相似、各元素含量有梯度且含量范围足够宽的GBW系列国家一级标准物质，按照样品制备方法制备成校准样片。各组分含量范围见表2。

2 结果与讨论

2.1 样品粒度的影响

抽取同一定值样品HJ/Y170341，分别过125、105、97、85和74 μm标准筛，筛下试样压片后测定，考察试样粒度对测定结果的影响，并与化学参考值(S、F分别为碳硫分析仪法、氟离子选择电极法的多次测量结果定值)比较(见表3)。结果显示，在该标线下测定，过85 μm标准筛的样品中S、F元素的含量均与化学参考值基本相符。

表2 各组分的含量范围

表3 同一样品不同粒度下的分析结果对比表

2.2 磨制参数的确定

根据中华人民共和国地质矿产行业标准(DZ/T0130—2006)[12]的粒度要求，地质样品磨制后的粒度应满足：1)在97 μm以下；2)过筛(97 μm)率不低于95%。而实验室样品数量大，一次磨制过筛不合格则需重复磨制，不仅增加工作量，还会影响样品结果的准确度和质量，故需进行优化实验：

1)称取100 g样品5个，分别置于磨制钵中，分别磨制2、3、4、5、6 min，核查过筛率分别为85.9%、94.9%、96.7%、98.5%、98.1%。说明称样量一定的情况下，磨制4 min即可满足DZ/T0130—2006分析粒度的要求

2)在确定最佳磨制时间后，在60～135 g范围内不等量称取20个试样，逐一磨制过85 μm标准筛，样品粒度合格情况见图1。说明磨制4 min时，研磨钵中的称样量对样品粒度大小有较大影响，称样量在60～80 g范围内的过筛(85 μm)率为96.7%～98.5%，能够保证良好的分析样品粒度要求。

实验结果表明，采用的最佳磨制参数为称样量60～80 g、磨制时间4 min。该参数能确保样品粒度合格，为该法测定结果的质量和准确度提供良好的保证。

图1 称样量对样品粒度的影响Figure 1 Effect of weight on sample size.

2.3 谱线重叠干扰校正

S元素矿物种类比较多，F元素荧光强度较低，均存在一定的粒度效应和矿物效应，会影响XRF分析方法测定的准确度。实验中S、F元素测定分别选择了Ge11、LiF220晶体，550 μm狭缝宽度，在保证良好分辨率的前提下，校正元素谱线重叠干扰，以避免忽视干扰元素的干扰而对分析结果产生较大误差。被分析元素S、F的主要干扰谱线见表4。

表4 分析元素的干扰谱线

2.4 检出限与精密度实验

结果表明，方法检出限低，精密度好，RSD均小于2%，满足实验室分析要求。

表5 方法的检出限

Table 5 Detection limits of the method

分析元素方法检出限 /(μg·g-1)S15.1F18.9

表6 方法的精密度

2.5 方法的准确度实验

取3个未参加回归的标准物质样品制片，分别测定5次，计算平均值(见表7)，验证测量结果与标准值的符合程度。

表7 标准物质的分析结果

结果显示，该法测定结果均在标准值误差允许的范围内，准确度高。

2.6 样品分析结果

随机选取3个地质样品和1个实验室标准物质，分别测定S和F元素含量，并与实验室化学值(化学值是系统内部26家实验室能力比对的结果，其中S是碳硫分析仪测定结果，F是氟离子选择电极法的测定结果)和标准值进行比较，结果见表8。

表8 实际样品和标准物质测定结果的对照表

Table 8 Analytical results comparison of elements inactual sample and reference material/(μg·g-1)

元素方法样品1样品2样品3GSR-7测量值标准值S本法值0.650.850.59119化学值0.640.850.59113110 ±50F本法值1 1821 8791 642475化学值12011 8811 643487480 ±70

表8数据显示，该法测定结果与化学值和标准值基本相符，表明该法适合测定地质样品中S、F元素。

3 结论

综上所述，本文建立的粉末压片制样-X射线荧光光谱法测定地质样品中的S、F元素的方法，改进了样品分析粒度和样品磨制参数，分析结果准确可靠。方法操作简便、快速，检出限低，精密度良好，且一次压片制样就可以对岩石样品中的S、F元素进行快速测定。该方法与湿法相比较，样品前处理简单，可同时进行多元素测定，测定质量满足实验室相关技术质量要求。