eng
Выпуск #3/2021
Анализ оксидных порошковых материалов, подготовленных методом сплавления с флюсом, на волнодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре
Просмотры: 941
DOI: 10.22184/2227-572X.2021.11.3.218.222
Сплавление порошковых материалов с флюсом является эффективным методом подготовки проб для рентгенофлуоресцентного анализа (РФА). При сплавлении устраняется неоднородность материала пробы, вызванная разным размером зерен, а также минералогическими различиями. При переходе образца в стеклообразное состояние происходит гомогенизация свойств, что позволяет расширить диапазоны калибровки за счет применения различных стандартных образцов, включая синтетические.
В статье с помощью подготовки проб методом сплавления демонстрируется построение единой градуировочной характеристики (калибровка) для таких материалов, как минералы, руды, огнеупоры и т. д.
Сплавление порошковых материалов с флюсом является эффективным методом подготовки проб для рентгенофлуоресцентного анализа (РФА). При сплавлении устраняется неоднородность материала пробы, вызванная разным размером зерен, а также минералогическими различиями. При переходе образца в стеклообразное состояние происходит гомогенизация свойств, что позволяет расширить диапазоны калибровки за счет применения различных стандартных образцов, включая синтетические.
В статье с помощью подготовки проб методом сплавления демонстрируется построение единой градуировочной характеристики (калибровка) для таких материалов, как минералы, руды, огнеупоры и т. д.
Теги: benchtop cement fused bead fusion method mineral ore oxide powder refractory волнодисперсионный рентгенофлуоресцентный спектрометр градуировочный график метод сплавления с флюсом
Анализ оксидных порошковых материалов, подготовленных методом сплавления с флюсом, на волнодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре*
Сплавление порошковых материалов с флюсом является эффективным методом подготовки проб для рентгенофлуоресцентного анализа (РФА). При сплавлении устраняется неоднородность материала пробы, вызванная разным размером зерен, а также минералогическими различиями. При переходе образца в стеклообразное состояние происходит гомогенизация свойств, что позволяет расширить диапазоны калибровки за счет применения различных стандартных образцов, включая синтетические.
В статье с помощью подготовки проб методом сплавления демонстрируется построение единой градуировочной характеристики (калибровка) для таких материалов, как минералы, руды, огнеупоры и т. д.
Ключевые слова: волнодисперсионный рентгенофлуоресцентный спектрометр, метод сплавления с флюсом, градуировочный график
Статья получена 13.05.2021
Принята к публикации 31.05.2021
Оборудование
Исследования проводили на рентгеновском спектрометре с дисперсией по длине волны Supermini 200 Rigaku. По сравнению с энергодисперсионными спектрометрами этот прибор имеет лучшую чувствительность к легким элементам, таким как Na, Mg и P, и не показывает спектрального перекрытия между типичными линиями, благодаря высокому спектральному разрешению волно-дисперсионной оптики.
Использование рентгеновской трубки мощностью 200 Вт (с воздушным охлаждением) и системы с тремя сменными кристаллами дает возможность анализировать элементы в широком диапазоне от кислорода до урана.
Коррекция в методе сплавления
При подготовке проб минералов, руд и огнеупоров методом сплавления необходимо учитывать особенности каждого материала и применять различные условия сплавления, такие как коэффициент разбавления и окисляющий реагент. Кроме того, некоторые пробы содержат кристаллическую воду или карбонаты, что приводит либо к потерям при прокаливании (ППП), либо к увеличению массы пробы (озоление).
Установленное в спектрометре Supermini200 программное обеспечение ZSX Guidance содержит дополнительную функцию под названием «Коррекция на сплавление» (Fusion Bead Correction), которая учитывает различные факторы, приводящие к погрешностям в методе сплавления, таким как разница в соотношении смеси флюс / окисляющий реагент / проба, ППП и / или озоление. Другая важная задача этой функции – матричная коррекция на поглощение и усиление действия находящихся в пробе элементов. Коррекция на сплавление играет важную роль в анализе и демонстрируется в представленной работе.
Стандартные образцы
В табл. 1 перечислены сертифицированные стандартные образцы, использованные в эксперименте. Чтобы расширить диапазон калибровки, для некоторых компонентов использовали реагенты для изготовления синтетических стандартных образцов, которые перечислены в табл. 2.
В табл. 3 приведен интервал концентраций для стандартных материалов и диапазон калибровки, включая синтетические cплавленные стандартные образцы для каждого компонента.
Подготовка проб
В качестве флюса использовали тетраборат лития (Li2B4O7), который сушили при температуре 675 °C. Соотношение разбавления (смешивания) пробы к массе флюса составляло 1:10 для всех материалов, за исключением хромомагнезиальных огнеупоров (1:20).
Окисляющий реагент нитрат лития применяли только для хромомагнезиальных огнеупоров, где весовое соотношение пробы к флюсу составляло 1 : 10.
Образцы сплавляли на настольной высокочастотной плавильной машине Rigaku. Температура сплавления составляла 1 200 °C для всех материалов, за исключением портландцемента, который плавили при 1 075 °C для предотвращения улетучивания серы.
Условия измерения
Анализ каждого сплавленного диска проводили в вакууме на спектрометре Supermini200 c рентгеновской трубкой мощностью 200 Вт с Pd-мишенью и торцевым окном. Режим работы трубки: 50 кВ, 4,0 мА с пятном измерения 30 мм в диаметре. Условия измерения каждого компонента приведены в табл. 4. Время счета для каждого элемента составило 20 с для пика и 20 с для фона.
Общее время измерения одной пробы с 15‑ю компонентами составило примерно 12 мин.
Результат калибровки
Результаты калибровки сведены в табл. 5, а типичные калибровочные кривые показаны на рис. 1–8, где для некоторых точек указан материал пробы, поскольку для калибровки использовали пробы различных материалов.
Точность калибровки рассчитывали по формуле:
,
где – расчетное значение стандартного образца, – аттестованное значение стандартного образца, n – количество стандартных образцов, m – число степеней свободы.
Когда коэффициенты матричной коррекции были рассчитаны теоретически, параметры ППП / озоление (LOI / GOI) были обозначены как компоненты баланса в модели де Йонга. Это позволило скорректировать различные факторы погрешностей в методе сплавления и компенсировать влияние ППП / озоления (LOI / GOI).
Это означает, что нет необходимости количественно определять вклад ППП / озоление (LOI / GOI) или прокаливать неизвестные образцы перед анализом, хотя конкретное содержание параметров ППП / озоление (LOI / GOI) неизвестно.
Результаты калибровки демонстрируют хорошую точность, которая была получена на всем интервале, несмотря на то, что для построения калибровочных кривых использовали различные стандартные материалы и дополнительные синтетические стандарты.
Если линии компонентов пробы перекрываются, нужна коррекция перекрытия, что и было сделано в эксперименте: Zr-Lα с P-Kα, Cr-Kβ1 с Mn-Kα, P-Kα с Zr-Lα и Zr-Lγ1 с S-Kα.
Заключение
Полученные результаты убедительно показывают, что применение метода подготовки проб сплавлением, корректировка на ППП / озоление (LOI / GOI), разбавление пробы флюсом и окисляющим реагентом позволяют построить единую калибровочную кривую с широким диапазоном концентраций для различных материалов, таких как природные минералы и руды.
Кроме того, можно расширить диапазон калибровки за счет применения синтетического стандартного образца.
Использование данного метода для анализа широкого спектра природных минералов и руд в различных производственных и научных областях становится возможным благодаря программному обеспечению, а также аппаратным особенностям спектрометра Supermini200 Rigaku, обеспечивающим его высокую чувствительность и спектральное разрешение как легких, так и тяжелых элементов.
Подготовил к. ф.‑ м. н. Н. Н. Герасименко
по материалам:
https://www.rigaku.com/applications
Сплавление порошковых материалов с флюсом является эффективным методом подготовки проб для рентгенофлуоресцентного анализа (РФА). При сплавлении устраняется неоднородность материала пробы, вызванная разным размером зерен, а также минералогическими различиями. При переходе образца в стеклообразное состояние происходит гомогенизация свойств, что позволяет расширить диапазоны калибровки за счет применения различных стандартных образцов, включая синтетические.
В статье с помощью подготовки проб методом сплавления демонстрируется построение единой градуировочной характеристики (калибровка) для таких материалов, как минералы, руды, огнеупоры и т. д.
Ключевые слова: волнодисперсионный рентгенофлуоресцентный спектрометр, метод сплавления с флюсом, градуировочный график
Статья получена 13.05.2021
Принята к публикации 31.05.2021
Оборудование
Исследования проводили на рентгеновском спектрометре с дисперсией по длине волны Supermini 200 Rigaku. По сравнению с энергодисперсионными спектрометрами этот прибор имеет лучшую чувствительность к легким элементам, таким как Na, Mg и P, и не показывает спектрального перекрытия между типичными линиями, благодаря высокому спектральному разрешению волно-дисперсионной оптики.
Использование рентгеновской трубки мощностью 200 Вт (с воздушным охлаждением) и системы с тремя сменными кристаллами дает возможность анализировать элементы в широком диапазоне от кислорода до урана.
Коррекция в методе сплавления
При подготовке проб минералов, руд и огнеупоров методом сплавления необходимо учитывать особенности каждого материала и применять различные условия сплавления, такие как коэффициент разбавления и окисляющий реагент. Кроме того, некоторые пробы содержат кристаллическую воду или карбонаты, что приводит либо к потерям при прокаливании (ППП), либо к увеличению массы пробы (озоление).
Установленное в спектрометре Supermini200 программное обеспечение ZSX Guidance содержит дополнительную функцию под названием «Коррекция на сплавление» (Fusion Bead Correction), которая учитывает различные факторы, приводящие к погрешностям в методе сплавления, таким как разница в соотношении смеси флюс / окисляющий реагент / проба, ППП и / или озоление. Другая важная задача этой функции – матричная коррекция на поглощение и усиление действия находящихся в пробе элементов. Коррекция на сплавление играет важную роль в анализе и демонстрируется в представленной работе.
Стандартные образцы
В табл. 1 перечислены сертифицированные стандартные образцы, использованные в эксперименте. Чтобы расширить диапазон калибровки, для некоторых компонентов использовали реагенты для изготовления синтетических стандартных образцов, которые перечислены в табл. 2.
В табл. 3 приведен интервал концентраций для стандартных материалов и диапазон калибровки, включая синтетические cплавленные стандартные образцы для каждого компонента.
Подготовка проб
В качестве флюса использовали тетраборат лития (Li2B4O7), который сушили при температуре 675 °C. Соотношение разбавления (смешивания) пробы к массе флюса составляло 1:10 для всех материалов, за исключением хромомагнезиальных огнеупоров (1:20).
Окисляющий реагент нитрат лития применяли только для хромомагнезиальных огнеупоров, где весовое соотношение пробы к флюсу составляло 1 : 10.
Образцы сплавляли на настольной высокочастотной плавильной машине Rigaku. Температура сплавления составляла 1 200 °C для всех материалов, за исключением портландцемента, который плавили при 1 075 °C для предотвращения улетучивания серы.
Условия измерения
Анализ каждого сплавленного диска проводили в вакууме на спектрометре Supermini200 c рентгеновской трубкой мощностью 200 Вт с Pd-мишенью и торцевым окном. Режим работы трубки: 50 кВ, 4,0 мА с пятном измерения 30 мм в диаметре. Условия измерения каждого компонента приведены в табл. 4. Время счета для каждого элемента составило 20 с для пика и 20 с для фона.
Общее время измерения одной пробы с 15‑ю компонентами составило примерно 12 мин.
Результат калибровки
Результаты калибровки сведены в табл. 5, а типичные калибровочные кривые показаны на рис. 1–8, где для некоторых точек указан материал пробы, поскольку для калибровки использовали пробы различных материалов.
Точность калибровки рассчитывали по формуле:
,
где – расчетное значение стандартного образца, – аттестованное значение стандартного образца, n – количество стандартных образцов, m – число степеней свободы.
Когда коэффициенты матричной коррекции были рассчитаны теоретически, параметры ППП / озоление (LOI / GOI) были обозначены как компоненты баланса в модели де Йонга. Это позволило скорректировать различные факторы погрешностей в методе сплавления и компенсировать влияние ППП / озоления (LOI / GOI).
Это означает, что нет необходимости количественно определять вклад ППП / озоление (LOI / GOI) или прокаливать неизвестные образцы перед анализом, хотя конкретное содержание параметров ППП / озоление (LOI / GOI) неизвестно.
Результаты калибровки демонстрируют хорошую точность, которая была получена на всем интервале, несмотря на то, что для построения калибровочных кривых использовали различные стандартные материалы и дополнительные синтетические стандарты.
Если линии компонентов пробы перекрываются, нужна коррекция перекрытия, что и было сделано в эксперименте: Zr-Lα с P-Kα, Cr-Kβ1 с Mn-Kα, P-Kα с Zr-Lα и Zr-Lγ1 с S-Kα.
Заключение
Полученные результаты убедительно показывают, что применение метода подготовки проб сплавлением, корректировка на ППП / озоление (LOI / GOI), разбавление пробы флюсом и окисляющим реагентом позволяют построить единую калибровочную кривую с широким диапазоном концентраций для различных материалов, таких как природные минералы и руды.
Кроме того, можно расширить диапазон калибровки за счет применения синтетического стандартного образца.
Использование данного метода для анализа широкого спектра природных минералов и руд в различных производственных и научных областях становится возможным благодаря программному обеспечению, а также аппаратным особенностям спектрометра Supermini200 Rigaku, обеспечивающим его высокую чувствительность и спектральное разрешение как легких, так и тяжелых элементов.
Подготовил к. ф.‑ м. н. Н. Н. Герасименко
по материалам:
https://www.rigaku.com/applications
Отзывы читателей
