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運用X射線熒光光譜儀如何測定石灰巖白云巖中的氯和硫

點擊次數:859  更新時間:2023-03-08

石灰巖和白云巖中硫和氯含量的測定方法


工業原材料有很多種,石灰巖和白云巖都是用途廣泛的工業原材料,主要用于冶金、建筑、化工、農業、醫藥等領域。


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石灰巖和白云巖中硫和氯的含量不同會影響材料運用效應。測定石灰巖和白云巖中硫的含量一般采用燃燒碘量法,測定氯的含量就采用氯化銀比濁法。


巖石礦物中氯的測定方法不止一種,常見的還有比色法、離子選擇性電極法、原子吸收光譜法和離子色譜法等。硫的測定有高頻燃燒-紅外吸收法等。


測定元素的這些方法中,一般每項成分需要單獨測定,手續繁瑣、分析周期長,過于復雜的前處理操作會使氯容易受到污染。電感耦合等離子體發射光譜法( ICP-AES)可以進行石灰巖、白云巖中硫等多組分的同時測定,但同樣需要酸溶或堿熔進行樣品前處理。


X射線熒光光譜儀測定的優勢特點


運用X射線熒光光譜儀測定,具有多元素同時測定、綠色環保等特點。X射線熒光光譜法試樣制備簡單、檢測速度快、分析精度高。


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X射線熒光光譜法對硫的測定采用熔片法制樣,能消除樣品的粒度效應和礦物效應,降低元素間基體效應。但是稀釋作用會降低含量樣品的靈敏度,而采用粉末壓片法制樣可以更加快速簡便、綠色環保以及能在發揮X射線熒光光譜法的優勢。


粉末壓片法受到粒度效應和礦物效應的重要影響。采用粉末壓片法制樣-X射線熒光光譜法測定石灰巖、白云巖中的氯和硫。對硫測定時的礦物效應問題進行了初步探討,此方法快速簡便、污染少、準確度和精密度均能滿足要求,氯、硫可以與其他主次痕量元素在同一個方法中同時完成測定。


1.實驗部分


1.1儀器設備


日本理學ZSX Primus II型波長色散X射線熒光光譜儀,功率為4kW,光管最大工作電壓60kV,最大工作電流130 mA,真空光路(小于10Pa)。各組分的測量條件如表1所示如下:


表1 分析元素的測量條件及硫元素的掃描條件

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1.2樣品制備


將塑料壓樣環置于平板壓樣模具上,稱取5.0g,經105℃烘干的樣品倒入圓環內撥平壓實,在粉末壓樣機上30MPa壓力下,保持10s,制成樣片,放入干燥器中待測。制樣過程中應戴橡膠手套,特別注意清潔模具,防止氯的污染。


1.3標準樣品的選擇


選用標準物質巖石GBW07108,GBW0714 ,GBW07120。


石灰巖GBW03105 - GBW03108 GBW07214 -GBW07215。


白云石GBW07216--GBW07217;碳酸鹽巖GBW7127-GBW07136等標準樣品,制樣方法同1.2節,標準樣品中CI、S組分含量范圍為Cl:24-343 μg/g, S: 36-4726μg/g。


2.結果與討論


2.1氯硫的多次測定


實驗發現與測定其他元素不同的是,CI 、S測定結果均隨著測定次數的增加而緩慢增大,僅第一次測定的數值是準確的,如表2所示為標準樣品GBW07114靜態測定10次的結果,這與在土壤、水系沉積物中CI的測定是一致的。


測定出現這樣的結果原因可能是:抽真空時,水分散失導致CI向樣片表面的累積或空氣對樣品的輕微污染。亦有分析認為是壓制樣片使用的鑲邊和墊底材料(如聚乙烯、硼酸等)中含有Cl導致多次測定數值的增大。本次試驗是采用塑料環壓片,經過試驗并未發現塑料環片對CI、S測定的影響。


表2同一樣片中CI和S的測定值與測量次數的關系測定次數

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2.2 硫的礦物效應


礦物效應是影響粉末壓片-x射線熒光光譜法測定地質樣品中s元素準確度的要因素。由于礦物效應,在建立校準曲線時個別標準樣品點離散性很大,無法通過基體校正進行消除,這可能導致較大的測誤差。


不同價態硫的X射線譜(SKα和SKβ)2θ會接近0.1°的位移,Kα/Kβ譜線強度不一致,因此建議當樣品中硫的價態復雜時,應采用熔融法制樣,并加入適量氧化劑,才能保證準確度。


當樣品中硫的價態復雜時,應采用熔融法制樣,并加入適量氧化劑才能保證準確度。


對影響S測定準確度的因素包括可能的污染、價態影響、背景內標校正、及基體校正等進行了研究,從側面證實礦物效應是影響S分析準確度的主要因素。


進一步研究發K2SO4與ZnS的2種純物質除了在SKα特征譜線存在0.09°差別外,S靈敏度強度還存在很大差異,K2SO4與ZnS這2種物相的差別,是影響S熒光強度的主要因素。


通過角度校正法和慢掃描面積法進行礦物效應的校正,基于當元素處于不同的礦物相中時,其特征譜線能量的改變將導致測量譜線2θ角度改變的原理,在測量標樣和未知樣時,對每個待測元素的2θ角度進行測量,以校正可能存在的角度偏移。


碳酸鹽巖中總硫的含量一般為0.02% ~ 2.0%,硫的存在形態主要包括單質硫、硫酸鹽硫和硫鐵礦硫等幾種使用粉末壓片法測量亦有可能存在礦物效應。


建立S校正曲線時發現標準樣品數據點并未出現較大的離散性。通過加入CaO、 SiO2 基體校正可以消除校準曲線的相關系數在0.99以上。然后對多個標準樣品中S的Kα譜線按照表1條件進行角度掃描,結果見表3。


表3 不同標準樣品的特征譜線峰角度

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測定結果表明多個標準樣品中SKα 特征譜線峰2θ相差不大最大偏差僅為0.024°。


為了進行對比,分別對水系沉積物標準樣品GBW07364,GBW07366 進行了SKα角度掃描,這2個樣品中S分別主要以硫酸鹽和硫化物形式存在,其SKα特征譜線峰2θ偏差可達0.074°。這可能表明在石灰巖、白云巖中硫的存在形式差別不大,故而沒有嚴重礦物效應使用粉末壓片法測量是可行的。


2.3 精密度和準確度


選取一個石灰巖樣品,按該方法制成10個樣片,在選定的實驗條件下對各樣片測定1次,計算方法精密度結果見表4


表4 方法精密度

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由表4可見,CI、S測定結果的相對標準偏差(RSD,n=10)分別為6.48%和1.03%,方法具有較高的精密度。


應用所建立的方法對標準樣品進行測定,測定結果見表5。


表5 方法精密度

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從表5數據可以看出,該方法中CI、S的測定值與認定值基本相符。


3.實驗結論


采用粉末壓片制樣-X射線熒光光譜法測定石灰巖、白云巖中的氯和硫。方法簡單、快速,對環境污染較少,而且具有較高的精密度和準確度。


由于CI、S容易污染,所以在測定過程中需要注意:使用新壓制樣片并盡快測量且只能測定一次,壓制過程中避免手汗及呼氣對氯的污染,壓成的樣片應在干燥器中存放,CI、S與其他元素同時測定時應選擇優先測量,樣品測量時間不能隨意變更保證樣品預抽真空時間基本一致。


ZSX Primus波長色散X射線熒光光譜儀是理學公司ZSX系列中新的儀器。繼續通過及時和無縫的方式提供準確的結果,具有可靠性、靈活性和易用性。能夠滿足當今實驗室中的復雜挑戰。


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廣州儀德精密科學儀器股份有限公司專門為客戶打造一站式、全鏈條和“交鑰匙"實驗室服務,是一家高XI技術企業。


產品資源豐富,種類齊全,涵蓋實驗室通用儀器、化學分析、表面科學等,如全譜直讀光譜儀、波長\能量色散型X射線熒光光譜儀、電感耦合等離子體發射光譜儀、輝光放電光譜儀等。

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