X射线荧光光谱压片法测定工业硅中Fe的含量
2015-12-13王芳
王 芳
(新疆众和股份有限公司乌鲁木齐830013)
X射线荧光光谱压片法测定工业硅中Fe的含量
王 芳
(新疆众和股份有限公司乌鲁木齐830013)
采用粉末压片法制样，X射线荧光光谱压片法测定工业硅中的Fe含量，并对分析过程中样品制备、测量条件等各个环节进行了研究。该方法准确性好、精密度高，并具有快速、高效、样品制备简单等优点。
X射线荧光光谱仪压片法工业硅Fe
1 方法原理
X射线荧光光谱法分析工业硅的原理：X射线管产生的原级X射线照射到工业硅样品上，将样品中原子的K、L层电子逐出(光电效应)，逐出的电子继而被击到原子之外，这样，原子就变成激发态。K层或L层上产生的空位被外层电子填补后，原子便从激发态恢复到稳定态，同时辐射出X射线，即特征X射线。不同元素的特征射线不同，根据特征射线的强度可进行元素定量分析。
按一定比例将试样和粘结剂混合、研磨，然后加压制成样片，用X射线荧光光谱法测定Fe的Kα射线的强度。通过Fe的Kα射线的强度与对应Fe的含量建立工作曲线，从而测得未知样品中Fe的含量。
2 实验部分
2.1 仪器和设备
MXF-2400型多道同时型X射线荧光光谱仪；水冷机；研磨机；压片机（压片机总压力在40t以上）；颚式破碎机。
2.2 试剂
硼酸（分析纯）；无水乙醇（分析纯）；标准样品：山东省冶金研究院研制的标准样品，用于建立校准曲线，作标准化及考核分析。
2.3 仪器工作条件的选择
见表1。
表1X射线荧光光谱仪分析元素测量条件
2.4 样片的制备
2.4.1 试样处理
将大块工业硅于破碎机中进行破碎至粒度小于1mm后，用四分法进行缩分，直至缩分后的试样为50g左右后，置于振动磨的磨盒中，加入2滴无水乙醇防止试样与磨盒粘结，研磨10s，用吸磁铁除去试样在加工过程中带入的铁（加工设备为铁合金）。称取试样约10g（精确到0.0002g）于50mL瓷坩埚中。再称取2g（精确到0.0002g）硼酸于50mL瓷坩埚中中，混匀。将混匀后的试样放于振动磨的磨盒（碳化钨磨盒）中研磨10s后取出。使试样粒度达到200目以下，同时以达到混合研磨的目的。
2.4.2 压片
将研磨混合好的试样6～8g，倒入压片机的模具中，用硼酸镶边、垫底加压至总压力为25t，并保持15s，将压成的试样样片取出，并保存于干燥器中。
2.4.3 标准样片的制备
将山东省冶金研究院标准样品6个和抚顺铝厂研制标准样品3个，各称取试样约10g（精确到0.0002g）于50mL瓷坩埚中。再称取2g（精确到0.0002g）硼酸于50mL瓷坩埚中中，混匀。将混匀后的试样放于振动磨的磨盒（碳化钨磨盒）中研磨10s后取出。将研磨混合好的试样6～8g，倒入模具中，用硼酸镶边、垫底加压至总压力为25t，并保持15s，将压成的试样样片取出，并保存于干燥器中备用。
2.5 测试
仪器开机后预热20min，按表1调节高压和管电流，选定工作参数。按照表1条件，将制备好的样片进行测定。由测得的压片中铁元素的X射线强度I从工作曲线查出相应的元素含量，计算出工业硅中Fe的含量。独立地进行两次测定，取平均值。
3 结果与讨论
3.1 工作曲线的绘制
选择山东省冶金研究院研制的标准样品研制的1～7共7个标准物质作为校准样品，该套校准样品的含量范围基本能覆盖大部分的日常检测样品。同时，由于工业硅样品基体简单，矿物效应小，还可以通过研磨将粒度效应降至最低，因此采用仪器的自动基体校正可获得较好的线性校准曲线。
以标准样品中铁的含量为横坐标，以所测定标准样品的铁元素X射线强度(净强度)为纵坐标，绘制工作曲线。将标准样品中铁元素的含量和X射线强度（净强度）输入计算机，进行回归计算，通过计算机自动回归处理元素含量及对应的光谱强度数据,绘出元素的工作曲线。
表2 工作曲线绘制表
3.2 制样条件
压片机压力和保压时间也会影响样片的准确性和均匀性。本文通过实验研究确定，在20t的压力下，保压15s，可以制得表面光滑、均匀的样片。
3.3 方法准确性试验
3.3.1 与标准样品结果对照
取工业硅标准样品，采用X荧光光谱仪直接压片法测定工业硅中铁的结果与标准样品中铁的结果进行对照（表3），其结果与标准样品的结果误差符合国家标准GB∕T14849.1-2007《工业硅化学分析方法第10部分：铁含量的测定邻二氮杂菲分光光度法》中规定的允许差（表5）。
表3 与标准样品结果对照%
3.3.2 不同方法的对比试验
取工业硅样品，采用X荧光光谱仪直接压片法与分光光度法进行结果对照（表4），与化学法检测结果比对，其误差符合（表5）。
表4 标样和分光光度法标样结果对照%
表5 GB/T14849.1-2007规定的允许差%
3.4 方法精密度试验
在本试验条件下，对工业硅试样进行7次平行测定结果的相对标准偏差表明测定的精密度良好（表6）。
表6 精密度试验
4 结论
（1）在分析速度方面X荧光光谱仪直接压片法快于化学方法，从样品的制备到检测结果的出具只需1h。
（2）通过实验制定的X荧光光谱压片法测定工业硅中的Fe的含量完全能达到国家标准允许差要求。
（3）采用X荧光光谱压片法测定工业硅中的Fe时必须保证试样的粒度符合要求，粒度必须在200目以下，在压片过程中避免外界各种因素可能造成的污染，否则对测定结果产生非常显著影响。
通过大量试验验证，采用粉末压片法制样，X射线荧光光谱法测定工业硅中的Fe含量，并对分析过程中样品制备、测量条件等各个环节进行了研究。该方法精密度高、准确性好，并具有快速、高效、样品制备简单等优点。
[1]GB/T14849.1-2007《工业硅化学分析方法第1部分：铁含量的测定邻二氮杂菲分光光度法》.中国国家标准化管理委员会.
[2]张晓平.X射线荧光光谱直接压片法测定工业硅中的杂质测定Fe含量[J].岩矿测试,2007,26(6)：497-499.
[3]程秋华,吴凯.X射线荧光光谱测定工业硅中的杂质含量[J].光谱分析,2010,27(8)255-256.
收稿：2014-12-30
10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.05.023
