国产波长色散X射线荧光光谱仪在氟化铝主次量元素检测中的应用

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国产顺序扫描式波长色散XRF光谱仪在氟化铝主次量元素检测中的应用氟化铝氟化铝（Aluminum Fluoride）是一种无机物，化学式为AlF3，无色或白色结晶，不溶于水、酸和碱。性质稳定，加热情况下可水解。常用于铝电解工业中，作为电解剂调节剂、催化剂。氟化铝测定氟化铝元素成分含量是决定其性能以及结算价格的重要因素，因此元素组成的准确测定非常重要，主要包括F、Al、Na、SiO2、SO42-、P2O5、Fe2O3等测定项目，氟和铝是主要成分，Na、SiO2、SO42-、P2O5、Fe2O3为杂质成分。在现有成分分析方法中，X射线荧光光谱法因制样简单、测定快速、准确度高等特点，获得广泛应用。仪器设备钢研纳克检测技术股份有限公司自主研发的CNX-838型顺序扫描式波长色散X射线荧光光谱仪，配备有：%2) 端窗Rh靶、薄铍窗（76 µm）、60 kV/4 kW的X射线源；%2) 可配LiF200、LiF220、Ge111、PET和XS55多层膜等分光晶体；%2) 流气正比探测器（FPC，工作气体为P10气体）和NaI闪烁体探测器（SC），双512道MCA；%2) θ-2θ双独立测角仪驱动系统（精度0.0002º）；%2) 48位自动进样器；%2) 元素涵盖B(5)~U(92)。氟化铝样品制备X射线荧光光谱法测定氟化铝主次元素含量，常见的样品制备方法有粉末压片和熔融制样两种，粉末压片法涉及的国内行业标准有YS/T 581.10-2006、YS/T 581.15-2012和YS/T 581.18-2012，熔融制样涉及的国内行业标准有YS/T 581.16-2008。参考行业标准和期刊文献，氟化铝粉末压片和熔融制样过程、制样图片和参考文献，见表1。熔融制样过程中，确保将部分熔剂完全覆盖试样与熔剂的混合物，避免氟化铝在高温条件下飞溅。相比粉末压片制样，熔融制样复杂，制样质量要求高，会影响氟化铝主次元素含量的准确测量。表1 氟化铝粉末压片和熔融制样方法制样方法粉末压片熔融制样制样过程称取5 g（精确到±1 mg）试样（预先110 ℃干燥），振动磨上振磨3 min；压片机上用适量的分析纯硼酸镶边，在35 T压力下静态保压30 s；卸压后刮平样片边缘，洗耳球吹除粉尘后待测。准确称取四硼酸锂（67%）+偏硼酸锂（33%）混合熔剂8.0000 g于瓷坩埚中，转入铂金坩埚中一部分（约四分之三），称取试样1.2000 g于铂金坩埚中，与熔剂混合均匀，把剩余的熔剂转入铂金坩埚中并覆盖在上层（剩余熔剂确保能把表面覆盖完全），然后加入5滴饱和溴化锂，放入熔样机上1020 ℃熔融10 min，制备玻璃片。制样图片参考文献白万里,李小艳,马艳红.X射线荧光光谱法测定氟化铝元素组分影响因素探讨[J].轻金属,2020,(08):49-54.马慧侠.XRF熔融法测定氟化铝主次成分[J].轻金属,2013,(02):13-17.氟化铝校正曲线绘制选用中铝郑州研究院GSB04-2194-2008氟化铝GAF01-03、GAF05-10标准样品，绘制工作曲线。曲线测量范围由标准样品含量范围决定，见表2。表2 标准样品含量范围元素含量范围（%）F57.72-64.97Al30.27-34.76Na0.028-0.303SiO20.014-0.429Fe2O30.015-0.156SO42-0.076-0.748P2O50.0007-0.1317熔融制样法测定氟和铝的工作曲线如下：粉末压片法测定氟和铝的工作曲线如下：氟化铝以氟和铝为基体元素，曲线校正以氟或铝元素校正其他元素，氟元素和钠元素用铝元素进行共存元素（强度）校正。精密度和准确度以不参与工作曲线的GAF04，重复测定11次，进行仪器精密度和准确度试验，检测结果见表3、表4和表5。表3 熔融制样的工作曲线测定GAF04中主次元素含量熔融制样F(%)Al(%)Na(%)SiO2(%)Fe2O3(%)SO42-(%)P2O5(%)GAF04-161.21330.5870.1270.2430.1200.7690.028GAF04-261.36630.6340.1210.240.1210.7710.028GAF04-360.96230.6610.1190.2450.1190.7250.027GAF04-460.84930.5980.120.2440.1210.7220.028GAF04-561.69630.6620.1210.2450.1190.7690.026GAF04-661.32330.590.1250.2420.1190.7690.027GAF04-761.23530.610.1240.2450.1190.7730.026GAF04-860.91830.5810.1260.2420.1210.7260.026GAF04-961.4330.5930.1210.2000.1190.7190.026GAF04-1060.97830.580.1230.1840.1200.7230.027GAF04-1161.28630.5710.1240.2490.1190.7240.027Average61.20530.6060.1230.2340.1200.7450.027RSD/%0.420.112.129.130.663.313.09采用熔融制样绘制的工作曲线，测定GAF04主次元素，主量元素相对标准偏差（RSD）低于0.5%，杂质元素相对标准偏差为0.66-9.13%，仪器精密度良好。表4 粉末压片的工作曲线测定GAF04中主次元素含量粉末压片F(%)Al(%)Na(%)SiO2(%)Fe2O3(%)SO42-(%)P2O5(%)GAF04-160.29030.6420.1180.2980.1200.7230.028GAF04-260.57330.5880.1170.2460.1200.7220.026GAF04-360.59430.6250.1180.2550.1200.7250.027GAF04-460.57930.6930.1160.2610.1210.7240.027GAF04-560.60930.6840.1170.2590.1200.7230.027GAF04-660.58030.7070.1160.2740.1200.7290.028GAF04-760.57830.6810.1180.2810.1200.7290.028GAF04-860.60730.6730.1170.2850.1200.7250.027GAF04-960.58630.6820.1150.2820.1200.7270.028GAF04-1060.56230.6090.1180.2860.1210.7230.029GAF04-1160.50730.6330.1160.3010.1200.7250.029Average60.55130.6560.1170.2750.1200.7250.028RSD/%0.150.130.856.540.190.322.60采用粉末压片绘制的工作曲线，测定GAF04主次元素，主量元素相对标准偏差（RSD）低于0.2%，杂质元素相对标准偏差为0.19-6.54%，仪器精密度良好。表5 熔融制样和粉末压片测定GAF04主次元素含量的准确度对比GAF04F(%)Al(%)Na(%)SiO2(%)Fe2O3(%)SO42-(%)P2O5(%)标称值60.9630.520.1360.2510.1260.7480.0265熔融制样平均值61.20530.6060.1230.2340.1200.7450.027绝对差值0.2450.0860.0130.0170.0060.0030.0005粉末压片平均值60.55130.6560.1170.2750.1200.7250.028绝对差值0.4090.1360.0190.0240.0060.0230.0015以不参与工作曲线的GAF04进行准确度试验，结果表明，熔融制样和粉末压片两种方法测定结果与标定值的结果相比，测定结果可靠。小结采用国产自主研制的波长色散X射线荧光光谱仪器测定氟化铝中主次元素含量，试验了粉末压片和熔融制样两种前处理方法，仪器精密度和准确度良好，方法可靠。