作為一種比較成熟的成分分析手段,X熒光光譜儀分析在冶金、地質(zhì)、環(huán)境、化工、材料等領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛。X熒光光譜儀分析的對象主要是塊狀固體、粉末、液體三種,其中,固體粉末是分析得多的一種。因為很多試樣如水泥、煤、灰塵等本身就是粉末,對于形狀不規(guī)則的塊狀固體,如各種礦石,由于直接分析技術(shù)目前還不成熟,往往也粉碎成粉末。液體試樣可放入液體樣品杯中分析,但由于不能抽真空等原因,有時將液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w,一些預(yù)分離、富集的結(jié)果也常是粉末,因此,粉末試樣的制樣技術(shù)是X熒光光譜儀分析中的重要一部分。
X熒光光譜儀分析粉末樣品主要有兩種方法:
①、熔融法。熔融法是應(yīng)用較多的一種制樣方法,它較好地消除了顆粒度效應(yīng)和礦物效應(yīng)的影響。但熔融法也有缺點:因樣品被熔劑稀釋和吸收,使輕元素的測量強度減??;制樣復(fù)雜,要花費 時間;成本也較高。
②、粉末壓片法
粉末壓片法的優(yōu)點是簡單、快速、經(jīng)濟,在分析工作量大、分析精度要求不太高時應(yīng)用很普遍,也常用于痕量元素的分析。在實際應(yīng)用如水泥、巖石、化探樣品的分析中,粉末壓片是一種應(yīng)用很廣泛的X熒光光譜儀制樣法。
1、樣品制備
粉末壓片制樣法主要分三步:干燥焙燒、混合研磨、壓片。有粉末直接壓片、粉末稀釋壓片、用粘結(jié)劑襯底和鑲邊等方法。
①結(jié)劑、助磨劑及其他添加劑
當(dāng)樣品本身的粘結(jié)力較小時,選擇一種合適的粘結(jié)劑很重要。粘結(jié)劑有固體和液體兩種,常用的固體粘結(jié)劑有硼酸、甲基纖維素、聚乙烯、石蠟、淀粉、濾紙或色譜紙漿、碳酸鋰等。用石蠟和苯乙烯的混合物作粘結(jié)劑。粘結(jié)劑的加入量為樣品的10%-50%,過多會影響輕元素的檢出限。粘結(jié)劑的加入會使分析線強度下降,如果粘結(jié)劑顆粒度較大,還會引入顆粒度效應(yīng)。從吸水性、樣品的堅固性、抽真空時間、對儀器污染、制樣成功率、成本等方面對幾種常用的粘結(jié)劑作了比較, 得出低壓聚乙烯是一種較理想的粘結(jié)劑。
液體粘結(jié)劑有乙醇、聚乙烯醇(PVA)等有機溶劑。使用液體粘結(jié)劑易制成均勻、重復(fù)性好的壓片,制得的樣片更加堅固耐用。
在制備試樣和標(biāo)樣過程中,除粘結(jié)劑外,還可加入助磨劑、內(nèi)標(biāo)元素、稀釋劑等,液體粘結(jié)劑或助磨劑的大優(yōu)點是不用稱量,但壓片后要烘干,加入的量也不可過多,一般100g樣品中加入幾毫升到十幾毫升。固體粘結(jié)劑和助磨劑等需要稱量,并且要混合均勻,因此,制樣較麻煩,如果加上清洗粉碎容器的時間,有時甚至比熔融法更長。在大批量的分析中,多采用直接壓片或襯底壓片法。
②粉碎技術(shù)
可用瑪瑙或碳化鎢研缽人工研磨,現(xiàn)在較多使用機械振動磨或球磨機,效率很高。一般樣品均可粉碎至74μm以下(通過200目篩子),好的可以達到20μm左右。隨著粉碎時間的延長,顆粒度減小到一定程度不再變細,如果繼續(xù)粉碎,反而會發(fā)生“團聚”現(xiàn)象。要提高粉碎效率,可以加入固體或液體助磨劑。粉碎時間越長,粉碎容器帶來的污染越嚴(yán)重,因此,選擇一種合適的粉碎容器很重要。要比較這種污染,可以分析一種很硬的物質(zhì)(如石英)經(jīng)粉碎后的污染情況,或?qū)Ρ葍煞N不同粉碎方法的分析結(jié)果。在分析痕量元素時,為了提高分析的靈敏度和度,這是非常必要的。還有一種污染,是不同粉碎試樣間的相互污染。每次粉碎后都要容器清洗干凈,當(dāng)樣品量較多時,粉碎前可用少量樣品預(yù)“清洗”兩次。
③壓片
壓樣設(shè)備常見的有手動或電動液壓機,粉末樣品裝入鋁杯或鋁環(huán)(或塑料環(huán))中,在相應(yīng)的模具中加壓成型。在真空光譜儀中,粉末壓片可能會含有空氣或其它氣體而發(fā)生濺射,既破壞了試樣表面,又污染了樣品室??上仍谡婵罩袎褐瞥蓧K,或在氦氣光路中測量。為了減少壓入片內(nèi)空氣的量,在裝樣時可輕拍樣品,加壓時要逐步增大壓力,同時還要保壓一定的時間。X熒光光譜儀分析是一種表面分析,尤其對于輕元素,分析時有效層厚度只有幾個至十幾個μm,表面的污染是致命的問題,同時還要求表面平滑。所以每次壓片后都要把模具的表面洗凈,隔一段時間還要對塞柱表面(對應(yīng)于樣片被測面)適當(dāng)拋光。試樣在保存過程中也要防止表面污染、表面破損、吸潮、氧化、吸附空氣等。好是壓片后盡快測量,對于標(biāo)樣、管理樣等需保存的試樣,以粉末狀態(tài)密封保存較好,需要時臨時壓片。
④標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備
X熒光光譜儀分析是一種相對分析,標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備直接影響分析的度。粉末壓片法的標(biāo)樣來源主要有三個:用其他方法分析試樣;在成分已知的標(biāo)樣中加入某些成分;人工合成。
2、方法應(yīng)用
①粉末壓片法分析痕量元素
粉末壓片法多用于分析痕量元素配合熔融法分析主量元素。
②粉末壓片法分析主、次、痕量元素
粉末壓片法也常用于地質(zhì)、化探、冶金等樣品的全分析。
③熔融后再粉碎壓片
熔一塊均勻、表面光滑的融片是一項技巧性很強的工作,有些樣品不易脫模或容易碎裂,有的對Pt-Au坩堝有腐蝕作用,熔融后粉碎壓片的方法(可用石墨坩堝代替Pt-Au坩堝)既可消除顆粒度效應(yīng)的影響,又解決了不易成型的問題。熔融后再粉碎壓片來測定地質(zhì)試樣中的全硫,這樣可減小粉末樣片保存過程中硫價態(tài)變化對分析度的影響。
一般來說,對于煤、水泥、巖石、土壤等樣品的常規(guī)分析,用粉末壓片法可達到分析精度和度為5%左右的要求。大多數(shù)痕量元素的檢出限可達100μg/g左右,因X熒光光譜儀有較好的穩(wěn)定性,還可通過延長計數(shù)時間使檢出限進一步降低。用粉末壓片法制樣,結(jié)合自動進樣裝置和自動化分析儀,一次即可地分析20-30種元素,可以滿足地質(zhì)、礦產(chǎn)、商檢等部門的分析需要。
如前所述,粉末壓片是根據(jù)一定的分析對象進行試驗,以選擇制樣條件,包括各種添加劑的使用、粉碎時間、壓力、標(biāo)樣的選取等。這樣造成的結(jié)果是,對一種分析對象提出的方法不能應(yīng)用到其它試樣中去。關(guān)鍵是尚未找到一種實用有效的粉碎技術(shù),可將粉末試樣碎至1-2μm,這種粉碎技術(shù)要簡單易行,否則就失去了X熒光光譜儀分析快速方便的特點。
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