X射線熒光光譜在冶金分析中的應用

 摘要：X射線熒光光譜是介于原子發射光譜（AES）和原子吸收光譜（AAS）之間的光譜分析技術。它的基本原理是基態原子（一般蒸汽狀態）吸收合適的特定頻率的輻射而被激發至高能態，而后激發過程中以光輻射的形式發射出特征波長的熒光。

      ⑴冶金分析的特點      　冶金分析是指冶金生產過程中各物料的化學組成及其含量的分析。它對原料的選擇，在冶煉前的爐料計算，冶煉工藝流程的控制中，產品的檢驗，新產品的試制，以及冶金工廠中環保分析都是*的。

      特點是：①在保證生產質量的前提下，分析速度要快，特別是分析；②冶金分析物料種類繁多，有固體、粉末和液體等，因此要求分析方法適應性強；③分析數量大，任務重，并且要求日夜連續不斷進行。X射線熒光分析技術正好能滿足冶金分析的特殊要求，一臺多道X射線熒光光譜儀能在一分鐘之內分析20~30個元素，而其分析精密度*可以和濕法化學分析相媲美，分析范圍又很寬，從幾個ppm到100%。這樣可以節省大量人力，提高工作效率，它又很少使用酸和特種化學試劑，不會污染環境。

      然而X射線光譜分析法并不是一種法，而是依靠用標準試樣相比較來作分析。以鋼鐵分析為例，標準試樣的、國內的都有，但是如果對表面效應不重視，那末的標準試樣，分析出來結果也會是錯誤的。金屬試樣一般可以直接從爐中取樣冷凝而成，或者從大塊金屬或原料上切取試片，這樣能用固體狀態進行分析，有速度快、方法簡便和分析精密度高的特點，缺點是不能加入內標或者進行稀釋，在痕量元素分析時，又不能采用化學分離，不容易得到合適的標準試樣，又很難人工合成。

      ⑵固體樣品的制備      　一般切割或直接澆鑄的試樣表面比較粗糙，通常需要進一步研磨。磨可以在磨片機上研磨，也可以在磨床上加工光潔度較高的表面。通常使用的磨料有各種顆粒度的氧化鋁（即剛玉）或碳化硅即（金鋼砂）。一般不拋光或化學腐蝕等特殊處理，在測量短波譜線如鉬、鎳、鉻等元素時，大約80~120粒度砂紙的光潔度即可滿足要求，但測量長波譜線要求試樣表面光潔度要高，特別重要的是分析試樣和標準樣品的表面一定要有一致的光潔度。樣品在測量時，能自轉，以減少表面效應、顆粒度和不均勻性的影響。如果樣品沒有自轉裝置，則樣品放置位置必須使樣品的表面磨痕和入射、出射X射線所構成的平面平行，這樣吸收zui小，如果相互垂直時吸收zui大。

      樣品在研磨過程中，有可能把樣品中夾雜物磨掉，造成某些元素分析結果偏低，或者也可能發生表面沾污。分析低鋁時，如果使用氧化鋁作磨料，表面就可能被沾污，這時采用碳化硅磨料，反之如果分析低硅時，應采須知氧化鋁佬磨料。對有色金屬如鋁合金、銅合金等，它們遠比鋼鐵試樣要軟，不能用砂紙研磨，而應該用車床，以保證樣品表面光潔度。檢驗這種表面沾污的方法測量沾污元素譜線的強度比。對于原子序數60以下的元素，可測量其La1Ka強度比，對于原子序數60以上的重元素，應測量Ma/La1 強度比。試驗可以用有沾污的樣品和已知未沾污的同種合金樣品作比較，甚至還可以作為一種消除沾污的檢驗方法。

      ⑶生鐵X射線熒光分析生鐵中碳是以元素狀態存在      灰口鐵中的碳有的呈球狀石墨，有的呈片狀石墨，在研磨過程中表面上脫落的石墨孔也會引起其他分析元素的污染，造成分析錯誤。澆鑄的試樣是不均勻的，不適合作X射線熒光分析。而急冷試樣的晶粒很細，分布，碳生成滲碳體（Fe3C），它是一種很脆而硬的中間化合物，表面可以利用研磨辦法加工。

      ⑷中低合金鋼分析      　用X射線熒光分析中低合金鋼有足夠靈敏度，多道X射線螢光光譜儀一般測量時間只需要20秒。用銠靶X射線管，監控試樣測量為60秒，以提高分析精度，必要時要扣除重迭譜線，用標準鋼樣NBS116-1165，和BAS50-60，401-410，431-435，451-460。

      ⑸不銹鋼的分析      　不銹鋼X射線熒光分析是比較困難的，因為鎳、鉻、鐵三者存在著嚴重的增強和吸收效應，必須采用數學分析，校正后鉻、鎳分析結果是非常令人滿意的。

      ⑹非金屬材料分析      　非金屬材料分析包括爐渣、礦石等原材料分析。它的分析方法大致可分成二大類，一種是把試樣振動磨粉碎，然后壓制成直徑為40毫米的圓片，直接放在X射線熒光光譜儀上分析。這樣方法特點是速度快，一般五分鐘左右就能報出結果，適合作快速分析，但是有“顆粒度效應”和“礦物效應”，所以一定要嚴格控制試樣顆粒度大小。特別對輕元素分析，尤為嚴重，可以適當加入稀釋劑、粘結劑、重吸收劑，如硼酸、淀粉、硫酸釩等，來減少基體效應并可壓成圓片。另一種方法為熔融法，可以在試樣中加入熔劑如四硼酸鋰等，在高溫下溶融成玻璃熔珠，熔融時間一般為10~20分鐘，中間要搖動以除去氣泡，對某些試劑還要加入氧化劑，如硝酸鈉等，為了防止試片破裂，可適當加入溴化物使其容易脫模。如在鉑-黃金（5%）坩堝中熔融，冷卻脫模以后，試樣就可以直接使用。這種方法準確度高，并且能消除“顆粒度效應”和“礦物效應”，但是分析速度慢，對某些元素靈敏度差。

（來源：中國化工儀器網）
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