X射线荧光光谱在硅酸盐全分析中的应用

李永玲，索也兵，刘伟，赵旭东

（中国建筑材料工业规划研究院 北京 100035）

0 引言

硅酸盐全分析项目为 SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、 MnO、 MgO、 CaO、 Na2O、 K2O、 TiO2、P2O5、H2O+、H2O-、LOl等14项。众所周知，硅酸盐全分析的常规检测方法是化学法，包括滴定法、紫外分光光度法、原子吸收法等多个检测手段。化学法每个项目都是单独做，而且大部分都是使用滴定法，检测步骤繁琐，耗时较长，一般来说，一个全分析从溶解样品到发出检测报告需要一周的时间。常规检测方法工作量大，耗时长，效率较低，急需新的技术补充或替代分析。

研究的X射线荧光光谱仪检测硅酸盐项目，检测样品包括但不限于硅酸盐岩石，也可以是陶瓷、耐火材料等建材材料。目前研究的硅酸盐标准曲线可测定 SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、TiO2、P2O5、MnO10个项目，经过多次试验论证，这10项检测结果数据在要求的误差范围之内，检测结果可靠。

X射线荧光光谱检测硅酸盐中的SiO2、Al2O3、Fe2O3、 MgO、 CaO、 Na2O、 K2O、 TiO2、 P2O5、MnO10项仅需要几分钟，加上熔融样品的时间也不到半小时，而且X射线荧光光谱仪一次性可以测试多个样品，大大提高了工作效率。因此，研究用XRF测定硅酸盐全分析中的部分项目对提高检测效率有着显著意义。

1 仪器设备与材料

（1） X-射线荧光光谱仪（AdvantXP），美国热电公司，测定二氧化硅的仪器工作条件见表1。

（2） 高温炉：XRF高频熔样炉。

表1 仪器工作条件

（3） 电子天平：1/100 000天平。

（4）坩埚：铂金和黄金合金坩埚。

（5） 溶剂：67Li2B4O7:33LiBO2 X荧光专用溶剂。

（6）脱模剂为饱和溴化锂。

2 熔片的制备与测量

准确称取 5.4g（±0.0002g）67Li2B4O7:33LiBO2 X荧光专用熔剂，称取0.6g（±0.0002g） 试样，搅拌均匀，加入10滴饱和溴化锂脱模剂，放入XRF高频熔样炉，按照不同的试样设置合理的熔样加热功率、成型加热功率、氧化时间、升温时间、恒温时间、转摆时间、成型时间，设置完毕后点击确定按钮，仪器自动升温开始工作。一般样品整个熔解过程需要10分钟，熔解完毕，熔样炉发出报警，将溶液倒入已加热的铂—黄合金成型模具中，自然冷却三分钟后样品成玻璃片状且与模具自动剥离，取出，贴好标签，放入X射线光谱仪装样盒内待测定。

创建一个批处理，选择已经完成的工作标准曲线，输入样品名称和编号，点击测试后自动分析。每个样品大约需要10分钟分析完毕，仪器会自动分析下一个样品。

3 工作曲线的制作

3.1 标准曲线的制作

工作曲线的制作是本次讨论的重点，工作曲线的微小差异也会导致检测数据超出误差范围，因此，标准样品的选择至关重要。下面以二氧化硅为例展开讨论。为了保证曲线的覆盖范围尽量广泛，按照二氧化硅含量的不同，从低到高，选择了28个标准样品，经过不断的实验论证和标准样品的比对，选定9个标准样品制作了二氧化硅标准曲线，为了避免误差，曲线采用的是一次曲线，其它个别元素在特殊情况选择二次曲线。下面以二氧化硅为例制作标准曲线，见表2和图1。

表2 二氧化硅标准值和测试值

表2 同一样品的多次检测对比

图1 二氧化硅标准曲线

本标准曲线X轴是二氧化硅的浓度，Y轴是二氧化硅K线的净强度。

3.2 数学模型

在X荧光光谱仪设定好的条下测定标准样品的荧光强度（I），然后根据其含量与相对强度呈线性关系，建立如下数学模型：

I:各标准样品测量的相对荧光强度

a:工作曲线的截距

b:工作曲线的斜率

C：各标准样品的浓度

4 样品的检测与结果的分析

样品的熔融过程和标准样品的熔融过程相同，在具体的试验过程中，根据样品成分的不同，熔融时间有一定的变化，但是整个过程步骤相同，因成分含量不同，熔片颜色和深度也不尽相同，只要颜色均匀，没有未熔融的杂质，样片就是合格的。

样片在空气中自然冷却后，放入X射线光谱仪装样盒内待测。创建一个批处理，选择已经完成的工作标准曲线，输入样品名称和编号，点击测试后自动分析。

一般来说，为了保证结果的准确，同一样品做三次就可以了，选择最接近的两个数据取平均值，如果3个数据差距较大，超出误差范围，就需要重新检测了。本示例为了更加准确，共做了6次，GBW07427、GBW07404、GBW07310这三个样品所有检测数据均在误差范围之内，所以直接取平均值，只有GBW07407其中一个数据超过了误差范围，其余五个数据很接近，且在误差范围之内，所以舍弃超范围的数据，取五个数的平均值。舍弃的数据考虑是在熔解样品的过程中有损失，所以导致含量偏低。

5 结语

通过以上检测数据可以看出，X-荧光光谱仪检测样品结果准确度高，数据均在误差范围之内，且检测时间短，可操作性强，很大程度的提高了工作效率，能很好的满足硅酸盐全分析的需求。