X射线荧光光谱分析丨制样系列（二）熔铸玻璃片法

导读

粉末压片法制样具有操作简单、制样速度快、成本低等优点，但受到颗粒效应和矿物效应的影响，准确度很难保证。熔铸玻璃片制样是把试样和熔剂按一定比例混匀，经高温熔融及高倍稀释，使复杂的多晶样品转变成非晶态玻璃体，有效的消除了颗粒效应和矿物效应的影响，是X射线荧光光谱分析最准确的方法，得到了广泛的应用。

 

扫描型X射线荧光光谱仪XRF-1800 

 

多道型X射线荧光光谱仪MXF-2400

 
 

样品制备流程

熔铸玻璃片制样是X射线荧光光谱分析常用的制样方法之一，基本的操作过程可简要归纳为：样品破碎、干燥、研磨、按比例称取样品及熔剂、高温熔融（900℃-1200℃）、铸片冷却固化等步骤，最后形成一种稳定均匀的玻璃体样片。如下图所示：

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熔剂的选择

常见的熔剂有无水四硼酸钠、无水四硼酸锂、无水偏硼酸酸锂、碳酸锂以及各种比例的混合物。在选择样品与熔剂的稀释比时，应考虑熔剂的饱和及结晶等问题，有些样品需要熔剂的高倍稀释，才能完全溶解。然而稀释比过高会影响元素的分析灵敏度，稀释比过低会使样品溶解不完全。通常使用的样品与熔剂的比例为1:6至1:10。

 

 

样品的熔融

样品的熔融要在坩埚里进行，坩埚的材质一般为95%的铂加5%的金，其耐热温度约为1600℃，样品中如含有还原性物质，在高温下将与铂金坩埚发生合金化反应，导致铂金坩埚腐蚀或破损，在熔融存在还原性物质样品时，必须进行预氧化处理，使还原性物质完全转化成氧化物。

 

铂金坩埚

 

熔铸玻璃片制样的核心设备是高温熔样炉，按加热和使用方式的不同大致可以分为四种：马弗炉、燃气式熔融炉、硅碳棒加热炉和高频感应炉。
 
 
●  马弗炉  ●

 

马弗炉熔样方式完全依靠手工操作，只有操作人员具备熟练的操作技巧和经验时，才能获得重现性良好的样片，制样效率也比较低，但马弗炉成本低，在化验室比较常见，这种方式适合样品量较少或临时分析时使用。
 

马弗炉

 

 
 

●  硅碳棒加热炉  ●

 
硅碳棒加热熔样炉的自动化程度较高，制片过程及各种熔融参数均由电脑控制，熔融温度稳定，熔融效果良好，制片质量高，一次最多可熔融6个样品（和选择的型号有关，一般分为4头和6头），制样速度快，适合大批量样品的制备。这种熔样炉的缺点是，设备价格较高，升温速度慢，电能消耗大，操作温度较高、操作环境不友好等。
 

硅碳棒加热炉

 

 

 
 

●  燃气式熔融炉  ●

 

燃气式熔融炉一般是以丙烷为加热气体，其特点是温度高、升温快，但这种熔融方式的控温精度稍差，铂金坩埚必须处于安全的氧化性火焰中，有损坏坩埚的风险，目前已不常见。

燃气式熔融炉

 

 
 

●  高频感应炉  ●

 

高频感应炉的工作原理是，依靠铂金坩埚与感应线圈间的高频或中频感应加热，使样品熔融。高频感应炉具有升温速度快、能耗低、操作环境友好等优点，并且可以通过程序升温实现预氧化-熔融一次完成，但它的缺点也比较明显，由于它的工作原理导致样品加热不易均匀，温度控制不稳定，多头加热时一致性较差，铂金坩埚容易变形、损害大等。
 

 

高频感应炉

 

适用范围

常见的矿物、矿石、岩石、土壤、炉渣、水泥、陶瓷、玻璃等各种常见氧化物样品可直接熔融制成玻璃样片；硫化物矿石如：铜矿、铅矿、锌矿等，部分铁合金如：锰硅、锰铁、硅铁、硅铝钡等经过预氧化处理后，也可以熔铸成玻璃片，用于X射线荧光光谱分析。

 
 

总结

用X射线荧光光谱法分析各种矿物类样品的主量成分时，推荐采用熔铸玻璃片法制备样品。通过硼酸盐的高温熔融及高倍稀释，使复杂的多晶样品转变成一种理想的非晶态固熔体，有效消除矿物效应和颗粒效应的影响，降低了基体的吸收-增强影响，是一种公认的最准确的制样方法。
 
（部分图片来源于网络）

 

 

 

● “制样系列”后续预告 ● 

块状金属样品制备方法
   敬请期待！

作者: 
李海瑞，胡晓春
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