X射线荧光光谱玻璃熔片法分析日用陶瓷粉中的主次成分

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参考国标《GB/T 4734-2022 日用陶瓷材料及制品化学分析方法》的要求，将陶瓷粉高温灼烧处理后熔融制成玻璃熔片，使用岛津多道同时型X射线荧光光谱仪MXF-N3 Plus进行分析。实验结果表明，该方法工作曲线线性良好，分析速度快，精度高，稳定性好；同时采用玻璃熔片法能有效克服基体效应、矿物效应及粒度效应对分析结果的影响，完全能够满足标准要求。SSL-CA23-206 Excellence in Science X射线荧光光谱玻璃熔片法分析日用陶瓷 粉中的主次成分 MXF-041 摘要：参考《GB/T 4734-2022 日用陶瓷材料及制品化学分析方法》国标方法，将日用陶瓷粉高温灼烧处理 后熔融制成玻璃熔片，使用岛津多道同时型X射线荧光光谱仪 MXF-N3 Plus 建立工作条件分析日用陶瓷粉中 的主次成分含量。实验结果表明，分析结果全部优于标准要求。该方法操作简单，能够很好地消除矿物效应、组织效应和颗粒度效应，提高了日用陶瓷粉成分分析方法的准确度。 关键词：玻璃熔片法多道同时型X射线荧光光谱仪MXF-N3 Plus日用陶瓷 技术特点： 心 MXF分析陶瓷主次元素含量、浓度从 ppm~%， 具有快速、准确、环保等优点。 心熔片法有效消除基体效应、矿物效应及粒度效应，提高分析准确度。 日用陶瓷是人们在日常生活中接触最多也是最熟 悉的瓷器，如餐具、茶具、咖啡具、酒具、饭具等。按瓷种分类主要有日用细瓷器、日用普瓷器、日用炻 瓷器、骨质瓷器、玲珑日用瓷器、釉下(中)彩日用瓷器、日用精陶器等。由于日用陶瓷具有诸多优点，日用瓷 器长期以来为广大人民群众所喜爱和使用。 日用陶瓷的主要成分常有： SiO2、Alz03、CaO、Fez03、Mg0、NazO、Kz0等。陶土和瓷土、釉料 是日用陶瓷原材料，主要有长石、石英、云母、滑 实验部分 1.1仪器与试剂 波长色散X射线荧光光谱仪： MXF-N3 Plus 型 全自动熔样炉： TNRY-01C 型 无水四硼酸锂和偏硼酸锂的混合熔剂 LizB407(66.7%)-+LiBO，(33.3%)：优级纯 脱模剂：50%NHI水溶液 1.2分析条件 1.2.1自动高温熔样炉工作条件 石、高岭土、粘土等，主要分析 SiO、Na，0、K50、CaO、Al203、Mg0、Fe203、TiO2、Pz05、MnO 等 主次成分含量。 传统化学法因前处理复杂，且对环境造成二次污 染，正逐渐被X射线荧光光谱法所取代。 MXF 分析法 具有可测元素范围广、浓度范围宽，具有快速、准确、操作简单、保护环境等优点。 本方法采用玻璃熔片法制样，在多道同时型X射 线荧光光谱仪 MXF-N3 Plus 上建立工作曲线进行分析。 炉体摆动时间：900 s 后静置时间：10s 表1 元素分析条件 元素 分析谱线 电压/kV 电流/mA 分光晶体 探测器 PHA 20/° 测量时间/s SiO2 Ka 40 70 PET Ne Exatron(Be) 15-155 108.930 Al2O3 Ka 40 70 PET Ne Exatron(Be) 20-155 144.500 40 S Fe203 Ka 40 70 LiF Ar Multitron 15-105 57.506 CaO Ka 40 70 LiF Ne Multitron 15-155 113.110 MXF-041 MgO Ka 40 70 TAP Ne Exatron(Al) 20-140 45.170 K0 Ka 40 70 LiF Ar Exatron 25-145 136.806 Naz0 Ka 40 70 SX-13 Ne Exatron(Al) 15-125 22.896 TiO， Ka 40 70 LiF Ar Exatron 15-135 86.150 40s P205 Ka 40 70 Ge Ne Exatron(Be) 15-130 141.036 MnO Ka 40 70 LiF Ar Exatron 15-115 62.968 SO3 Ka 40 70 NaCl Ne Exatron(Be) 15-150 144.540 ■样品前处理 22.1经过粉碎、过筛、四分法或缩分处理成分析试样，先于(1050±25)°C的 炉灼烧2h，灼烧至恒重，冷却至室温后称量； 2.2称取7.0000 g无水四硼酸锂和偏硼酸锂的混合熔剂和 0.7000 g已磨细的陶瓷粉 混匀，转移至铂金世埚中，滴加10滴碘化铵(50%)脱模剂，放入自动熔样炉中，按设定好的熔样程序自动熔融制成玻璃熔片；取出冷却后待用。 图2陶瓷熔样片 ■结果与讨论 3.1标准样品 本方法选用《GB/T 4734-2022日用陶瓷材料及旆品化学分析方法》参考的相关国家标准物质，换算成烧失 后的质量百分比，按照设定的分析条件制作烧失后的工作曲线。 2换算成烧失后的质量百分比(单位：%) 名称 编号 SiOz ALO3 Fe：03 CaO MgO K，O NaO TiO， P205 MnO SO3 粘土 GBW 03101a 49.98 26.27 10.55 0.13 0.46 0.79 0.06 0.70 0.14 0.052 0.049 GBW 03102a 53.67 31.32 0.33 1.80 0.08 1.15 2.55 0.03 0.05 0.020 0.023 页岩 GBW 03104 69.34 15.03 5.82 0.19 0.64 3.49 0.16 0.68 0.04 0.020 0.029 硅质岩 GBW 03114 89.59 5.48 0.48 0.34 0.16 2.07 1.09 0.10 0.01 0.010 一 高岭土 GBW 03121 54.55 31.14 0.53 0.052 0.12 0.34 0.02 0.69 0.10 0.001 0.53 叶蜡石 GBW 03126 66.84 23.58 1.94 0.17 0.09 0.38 0.34 0.70 0.20 0.001 0.61 GBW 03127 70.34 22.20 0.22 0.066 0.04 0.03 0.04 0.18 0.11 0.001 0.17 钠长石 GBW 03134 67.96 19.62 0.10 0.48 0.02 0.10 11.26 0.05 一 一 钾长石 GBW 03116 66.26 18.63 0.19 0.76 0.05 9.60 3.69 0.05 一 一 一 钠玻璃 GBW03117 71.25 2.56 0.18 6.37 3.98 1.10 13.77 0.06 一 一 白云石 YSBC 28724 5.20 0.31 0.21 29.20 20.78 0.16 0.01 0.01 0.01 0.01 0.038 3.2烧失量校正 采用玻璃熔片法烧失量会影响熔样稀释比，为保证所有样品熔融后稀释比的一致性，使用中要根据烧失量校 正称样量，称样量按公式(1)进行计算，相应标样元素含量均应采用灼烧基含量，含量按公式(2)进行计算。 称样量按式(1)进行计算： 式中： M个——校正后的称样量； M——原始称样量(0.6000克))； LOI——烧失量(单位：%)。 MXF-041 标样灼烧基(干基)含量按式(2)进行计算： 式中： C，——校正后含量； C，——校正前含量； LOI——烧失量(单位：%)) 3.3测定结果的计算 测定试样时，由于已经是灼烧基状态，直接按2.2称样制样，仪器直接给出的测定结果为试样灼烧基元素含 量。报告结果需要换算为烧失前含量，其计算方法按下式(3)进行。仪器软件具有附件计算功能，通过输入烧 失量，编辑计算公式，可以自动计算出试样中元素原始含量。 式中： C一 试样中元素原始含量； C——仪器测定含量； LOI——烧失量(单位：%))， 3.2工作曲线 按本方法条件建立烧失后元素含量工作曲线，曲线线性良好。元素曲线如图3。 图3 元素工作曲线 3.3精度和重复性试验 选用标样 GBW03103 作为验证样，连续动态测试10次，统计标准偏差和相对标准偏差，精度良好。 表3GBW03103标样的精度及重复性(已换算回烧失前含量)试验结果(%) 标样 SiO2 AIO3 Fe03 CaO MgO KO NaO TiO， P205 MnO SO3 L.O.I 测定值 66.68 13.08 4.66 3.25 1.84 2.51 1.87 0.64 0.11 0.09 0.07 5.10 标准值 66.64 13.28 4.64 3.23 1.84 2.50 1.81 0.66 0.11 0.09 0.03 5.10 SD 0.062 0.030 0.003 0.006 0.039 0.003 0.024 0.001 0.000 0.000 0.001 一 RSD 0.09 0.23 0.06 0.18 2.12 0.12 1.30 0.16 1.03 0.00 0.86 一 选用标样 GBW03103 作为验证样，按标准要求连续动态测试2次，统计两次结果的绝对差值，绝对差值在 标准规定的允许范围以内。 表4GBW03103 的方法精度试验(已换算回烧失前含量)结果(%) 标样 SiO2 ALO3 Fe03 CaO MgO KO NaO TiO2 P205 MnO SO L.O.1 第一次 66.64 13.08 4.66 3.26 1.85 2.51 1.88 0.64 0.11 0.09 0.07 5.10 第二次 66.68 13.03 4.66 3.25 1.83 2.51 1.84 0.64 0.11 0.09 0.07 5.10 重复性r 0.04 0.05 0.00 0.01 0.02 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 标准要求r <0.40 <0.30 <0.15 <0.15 <0.15 <0.25 <0.25 <0.15 <0.02 <0.02 <0.08 <0.15 说明：参照《GB/T 4734-2022日用陶瓷材料及制品化学分析方法》，重复性r为两次结果的绝对差值。 3.4准确度试验 实际样品验证：选用两个陶瓷粉样作为验证样，连续动态测试2次，两次结果的绝对差值均在允许范围以内，取两次结果的平均值作为分析结果。 表5 玻璃纤维的精度及准确度试验(已换算回烧失前含量)结果(%) 样品 编号 SiO2 Al，O3 Fe03 CaO MgO K，O NazO TiO， P，O5 MnO SO3 L.O.I 样1 第一次 66.03 20.08 1.49 0.49 1.61 2.13 2.40 0.42 0.06 0.06 0.09 5.42 第二次 66.04 20.10 1.49 0.49 1.57 2.13 2.39 0.42 0.07 0.06 0.09 5.42 平均值 66.04 20.09 1.49 0.49 1.59 2.13 2.40 0.42 0.07 0.06 0.09 5.42 参考值 65.91 20.00 1.58 0.54 1.48 2.24 2.61 0.34 一 一 5.42 样2 第一次 67.83 19.09 0.66 0.56 1.50 2.36 2.84 0.31 0.04 0.04 0.06 4.68 第二次 67.91 19.11 0.66 0.56 1.48 2.36 2.88 0.30 0.04 0.04 0.06 4.68 平均值 67.87 19.10 0.66 0.56 1.49 2.36 2.86 0.30 0.04 0.04 0.06 4.68 参考值 67.83 18.67 0.69 0.60 1.45 2.39 3.01 0.23 一 一 4.68 说明：1)参考值参照《GB/T4734-2022 日用陶瓷材料及制品化学分析方法》标准方法进行化学分析； 2)-表示没有给出参考值。 结论 参考国标 《GB/T 4734-2022 日用陶瓷材料及制品化学分析方法》的要求，将陶瓷粉高温灼烧处理后熔融制 成玻璃熔片，使用岛津多道同时型X射线荧光光谱仪 MXF-N3 Plus 进行分析。实验结果表明，该方法工作曲线 线性良好，分析速度快，精度高，稳定性好；同时采用玻璃熔片法能有效克服基体效应、矿物效应及粒度效应 对分析结果的影响，完全能够满足标准要求。 岛津应用云