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理论与实操--XRF荧光光谱仪样品制备方法:熔片玻璃法详情介绍

更新时间:2022-08-23      点击次数:893

      无论采用哪种方法,都只能用均质样品获得物理和化学分析方法(尤其是X射线荧光(XRF)分析)中的高精度。满足该要求的一种简单方法是将样品溶解在溶剂中,通用且快速的技术是将其与碱性硼酸盐融合。在XRF分析中,硼酸盐熔融特别有利,因为获得的结果是固体玻璃。在其他物理化学方法(AA和ICP分析)中,硼酸盐熔融与酸消解技术竞争,通常是制备液体溶液的一种更容易,更简单的方法。本文的主要目的是向分析人员展示当今制作玻璃盘和解决方案有多么简单和容易,以及他或她如何选择合适的参数来使融合变得短而有效。如果遵循一些简单规则,那么为XRF制作玻璃盘现在是简单的事情。另一个目的是为仍然犹豫不决的人们澄清这种情况,因为人们认为融合的复杂性和局限性是样品制备的一种方法。

聚变是对固体样品进行各种化学处理的通用名称,这些化学处理将其转变为更易于分析的新化合物。这些化合物是原始样品和将用于分析的最终溶液之间的中间步骤。最终溶液可以是常规的液体溶液,也可以是不太常规的溶液,即玻璃中的固溶体。大多数融合过程导致化合物具有可溶于一种给定溶剂的特性。这些过程是规则的化学反应,并且产物是结晶的。尽管从广义上讲硼酸盐熔融也是化学反应,但其特征却不同。在高温下,硼酸盐熔化并成为氧化物的溶剂。仅形成一种产品:均匀的熔融玻璃。在一种类型的应用中,可以在不结晶的情况下冷却熔融玻璃,以产生无定形的均质固体玻璃。它是XRF工作的理想选择。或者,可以通过将熔融玻璃倒入溶剂中以产生溶液来对其进行快速冷却。因此,这是制备用于ICP或AA分析的样品的快速简便的方法。融合就变成了简单的过程:将样品与助熔剂(硼酸盐)混合并在800至1100°C的温度下加热。助熔剂熔化,成为样品中氧化物的溶剂。产物是样品正离子和助焊剂在氧原子云中的无定形均质溶液。可以将该溶液倒入模具中并缓慢冷却,以产生精确的XRF工作所需的非晶态均质固体玻璃,也可以将其倒入酸性溶剂中,使其快速破碎,形成易溶解的细颗粒,并制成溶液,以快速冷却

他对硼酸盐熔合的描述有助于理解为何高温耐火材料可以在低至1000°C的温度下与其他氧化物一样容易地熔合,而其熔点却高出几百摄氏度。它们只是溶解在熔融的硼酸盐中,就像食盐溶解在水中一样。硼酸盐熔合的主要特征是:1.仅由于高温而在2或5分钟内快速熔合; 2.有可能将熔融玻璃定量转移出坩埚,而不会损失坩埚中的残留物; 3.适用于大多数氧化物和硫化物,以及几种金属和合金; 4.简单,全自动的程序,包括在必要时对未氧化的材料进行预氧化; 5.从纯化学物质开始,可以制成任何成分的合成标准液。其他特点是操作简单,快速,清洁,从而获得了很高的分析精度。这些特性非常有利,以致越来越多的分析实验室采用融合技术作为常规样品制备方法的质量控制以及精确的化学成分确定。融合程序比以往任何时候都更加简单,因为融合正逐渐成为一门科学。两项通用程序涵盖了整个材料范围;一种用于氧化物样品,例如岩石和陶瓷,另一种用于非氧化材料,通常用于金属样品,例如铁合金或来自铜,铅,锌矿石和精矿的硫化物。此外,这些技术可手动用于偶尔的分析,或与自动多样本融合仪器一起用于更大的分析负荷。在XRF分析的情况下,简单融合后的准确性与更精细和复杂的化学分析结果相匹配,而在AA和ICP分析的情况下,制备溶液所需的时间比其他方法要短得多。


X射线荧光分析是一种功能强大的分析工具:它快速,简单并且适用于所有浓度的大多数元素。如果样品在分子水平附近是均质的,则其潜在的准确性可以*其他物理分析方法。在XRF的早期,所有样品都制备为松散粉末或压制小丸,但由于所谓的“粒度效应",分析精度不超过百分之几。为了提高准确性,必须准备均匀的样品,这是开发硼酸盐熔融方法的动机。它至今仍在使用,并且在最近几年中已得到了很大的改进。现在,它与压丸技术和许多其他分析技术的竞争比以往任何时候都多

本质上,用于XRF分析的熔片法程序包括:

1.加热样品和硼酸盐助熔剂的混合物,直到助熔剂融化;


2.继续加热直到样品溶解到助熔剂中,并搅拌以使熔体均匀化;


3.将熔融玻璃倒入热模中;


4.冷却以获得坚固的玻璃盘,无需任何其他处理即可进行X射线测量。要进行融合实验,必须了解使用的工具,融合混合物的成分,融合前的准备工作以及融合程序。将考虑所有这些,并且对于不熟悉该主题的读者,现在描述失败的原始融合过程。


1.)用10厘米长的裸线制成环,然后将其放在铝或不锈钢的平板上。


2.)将约0.3g的水泥或沙子与约6g的无水四硼酸钠(脱水硼砂)混合在铂制坩埚或皿中。


3.)在燃气燃烧器上加热坩埚及其内容物,直到混合物融化且液体澄清为止;偶尔应搅拌容器以使熔体均匀。


4.)从火焰中取出坩埚;在坩埚冷却至熔融物有点粘稠的同时,将带有环的金属板加热几秒钟;然后将熔体倒入环中,使其冷却。结果应该是玻璃纽扣,其下方具有不规则的平坦表面,并具有光滑的凸顶表面。此按钮的质量无法与我们现在拥有的质量相提并论。长期以来,制造质量更高的玻璃盘需要进行更复杂的融合,因为人们希望获得更高的分析精度并希望处理更多种类的样品。过去,这意味着所涉及参数中的更多变量,例如通量组成,熔融温度,冷却条件等。所幸的是,最近的研究结果使熔融实际上比以往任何时候都容易。


融合过程所需的配件


融合所需的大多数小配件已经在实验室中。


它们包括:


用于称量样品,助焊剂和其他化学物质的分析天平。对于通量,几毫克的精度就足够了,但有时样品的十分之一毫克更可取。


铁氟龙刮刀,用于混合和压碎团块;


吸盘*,用于从模具中取出玻璃盘;


坩埚和模具的粗抛光用钢丝绒垫;


800目砂纸,用于对坩埚和模具进行更精细的抛光;


用于玻璃盘识别的自粘贴纸。

*可从铂金-5%金(Pt-5%Au)合金中获得,似乎是坩埚和模具的最佳材料;它坚固,稳定,持久并且不会被玻璃润湿(与其他金属相比)。石墨在气体火焰中腐蚀,并且不是良好的导热体。锆在熔融温度下会氧化并溶解在焊剂中。铱难以使用,在高温下会在空气中氧化并形成挥发性氧化物

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