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X射线荧光光谱分析--在冶金分析中的应用
www.lab365.com 2005年5月26日
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⑴冶金分析的特点 冶金分析是指冶金生产过程中各物料的化学组成及其含量的分析。它对原料的选择,在冶炼前的炉料计算,冶炼工艺流程的控制中,产品的检验,新产品的试制,以及冶金工厂中环保分析都是必不可少的。特点是:①在保证生产质量的前提下,分析速度要快,特别是分析;②冶金分析物料种类繁多,有固体、粉末和液体等,因此要求分析方法适应性强;③分析数量大,任务重,并且要求日夜连续不断进行。
X射线荧光分析技术正好能满足冶金分析的特殊要求,一台多道X射线荧光光谱仪能在一分钟之内分析20~30个元素,而其分析精密度完全可以和湿法化学分析相媲美,分析范围又很宽,从几个ppm到100%。这样可以节省大量人力,提高工作效率,它又很少使用酸和特种化学试剂,不会污染环境。
然而X射线光谱分析法并不是一种绝对法,而是依靠用标准试样相比较来作分析。以钢铁分析为例,标准试样国际的、国内的都有,但是如果对表面效应不重视,那末最好的标准试样,分析出来结果也会是错误的。金属试样一般可以直接从炉中取样冷凝而成,或者从大块金属或原料上切取试片,这样能用固体状态进行分析,有速度快、方法简便和分析精密度高的特点,缺点是不能加入内标或者进行稀释,在痕量元素分析时,又不能采用化学分离,不容易得到合适的标准试样,又很难人工合成。
⑵固体样品的制备 一般切割或直接浇铸的试样表面比较粗糙,通常需要进一步研磨。磨可以在磨片机上研磨,也可以在磨床上加工光洁度较高的表面。通常使用的磨料有各种颗粒度的氧化铝(即刚玉)或碳化硅即(金钢砂)。一般不抛光或化学腐蚀等特殊处理,在测量短波谱线如钼、镍、铬等元素时,大约80~120粒度砂纸的光洁度即可满足要求,但测量长波谱线要求试样表面光洁度要高,特别重要的是分析试样和标准样品的表面一定要有一致的光洁度。
样品在测量时,最好能自转,以减少表面效应、颗粒度和不均匀性的影响。如果样品没有自转装置,则样品放置位置必须使样品的表面磨痕和入射、出射X射线所构成的平面平行,这样吸收最小,如果相互垂直时吸收最大。
样品在研磨过程中,有可能把样品中夹杂物磨掉,造成某些元素分析结果偏低,或者也可能发生表面沾污。分析低铝时,如果使用氧化铝作磨料,表面就可能被沾污,这时最好采用碳化硅磨料,反之如果分析低硅时,应采须知氧化铝佬磨料。对有色金属如铝合金、铜合金等,它们远比钢铁试样要软,不能用砂纸研磨,而应该用车床,以保证样品表面光洁度。
检验这种表面沾污的方法测量沾污元素谱线的强度比。对于原子序数60以下的元素,可测量其La1Ka强度比,对于原子序数60以上的重元素,应测量Ma/La1 强度比。试验可以用有沾污的样品和已知未沾污的同种合金样品作比较,甚至还可以作为一种消除沾污的检验方法。
⑶生铁X射线荧光分析生铁中碳是以元素状态存在。灰口铁中的碳有的呈球状石墨,有的呈片状石墨,在研磨过程中表面上脱落的石墨孔也会引起其他分析元素的污染,造成分析错误。浇铸的试样是不均匀的,不适合作X射线荧光分析。而急冷试样的晶粒很细,分布,碳生成渗碳体(Fe3C),它是一种很脆而硬的中间化合物,表面可以利用研磨办法加工。
⑷中低合金钢分析 用X射线荧光分析中低合金钢有足够灵敏度,多道X射线萤光光谱仪一般测量时间只需要20秒,最好用铑靶X射线管,监控试样测量为60秒,以提高分析精度,必要时要扣除重迭谱线,用标准钢样NBS116-1165,和BAS50-60,401-410,431-435,451-460。
⑸不锈钢的分析 不锈钢X射线荧光分析是比较困难的,因为镍、铬、铁三者存在着严重的增强和吸收效应,必须采用数学分析,校正后铬、镍分析结果是非常令人满意的。
⑹非金属材料分析 非金属材料分析包括炉渣、矿石等原材料分析。它的分析方法大致可分成二大类,一种是把试样振动磨粉碎,然后压制成直径为40毫米的圆片,直接放在X射线荧光光谱仪上分析。这样方法特点是速度快,一般五分钟左右就能报出结果,适合作快速分析,但是有“颗粒度效应”和“矿物效应”,所以一定要严格控制试样颗粒度大小。特别对轻元素分析,尤为严重,可以适当加入稀释剂、粘结剂、重吸收剂,如硼酸、淀粉、硫酸钒等,来减少基体效应并可压成圆片。另一种方法为熔融法,可以在试样中加入熔剂如四硼酸锂等,在高温下溶融成玻璃熔珠,熔融时间一般为10~20分钟,中间要摇动以除去气泡,对某些试剂还要加入氧化剂,如硝酸钠等,为了防止试片破裂,可适当加入溴化物使其容易脱模。如在铂-黄金(5%)坩埚中熔融,冷却脱模以后,试样就可以直接使用。这种方法准确度高,并且能消除“颗粒度效应”和“矿物效应”,但是分析速度慢,对某些元素灵敏度差。
一,光度法
1.分光光度法
分光光度法是镍分析中应用最广的方法, 最近几年来, 随着新显色剂与表面活性剂等
的应用,使得分光光度法在镍的分析中又有了新的起色.丁二酮肟法是目前钢铁样品中镍的
常用测定方法,但该方法灵敏度较低,ε仅为104 数量级.偶氮类试剂与许多元素都有极大的
络合形成能力,在镍的光度分析中也同样展示出良好的应用前景,已引起分析工作者的重视,
这些方法的灵敏度较丁二酮肟法有所提高.如在硼砂2盐酸(pH 9)溶液中, 2 ,72双((安替比
林)偶氮)21,8二羟基萘23,6二磺酸(偶氮二安替比林)与镍形成的络合物的ε632为3.96×104
L mol-1 cm-1 , 线性范围为5 ~25μg mL-1,经掩蔽后试剂的选择性好,已应用于测定铝合
金中的镍.朱有瑜等研究了在HAc2NaAc(pH 5.2)缓冲溶液中,用2-[2′2(6′2甲氧基2苯并噻
唑)偶氮]252二甲氨基苯甲酸光度法连续测定铁和镍,ε658为1. 29 ×105 L mol-1 cm-1 ,线性
表1 分光光度法测定镍
体系 酸度范围
λmax
ε/(105L mol-1 cm-1) 线性范围
3-3'-二磺酸基联苯氨基重氮偶氮苯
-Tween-80
pH 10.90
Na2B4O7-NaOH〗
540 0~0.6mg L
邻硝基苯基荧光酮-CPB-OP pH 10.8 硼砂 620 1.13 0~10μg/25ml
4-(6-甲氧基-8-喹啉偶氮)-邻苯二
酚
pH 9.0~10.5 585 0.267
0.2~1.8μ
g ml-1
1-(对偶氮苯)-3-(2-吡啶)-三氮烯 pH 9.80~10.30 535 1.46 0~12μg/25ml
2-(5-溴-吡啶偶氮)-5-二乙氟基酚
-SLS
pH 5.0~7.0
Hac-NaAc
560 1.23 0~1μg ml
meso-四(4-羟基232磺酸苯基)卟啉
-Triton X-100-Cd(Ⅱ)-咪唑
pH 9.25-KCl-NaOH 420 2.23 0~70μg/25ml
2,2-二(3,3'-二磺酸基)重氮氨基偶
氮苯基丙烷-Tween-80
pH 10.97
NaB4O7-NaOH
540 2.06 0~15μg/25ml
量,获得了满意的效果,已应用于工厂中镍的快速分析.谢立群用火焰原子吸收光谱法测定了
芦荟中的锰,铁,铜,锌,镍,钴,结果满意.董仁杰用火焰原子吸收光谱法测定污泥中铜,
锌,铅,镉,镍含量, 方法简便,实用, 具有较高的精密度和准确度, 相对标准偏差为0.8%~
6.0%,加标回收95 %~103%.垄育研究了流动注射在线萃取火焰原子吸收光谱法测定钢样中
痕量钴和镍,方法的检出限低,精密度高,能有效地消除大量铁基体的干扰.王继池用石墨炉
原子吸收法直接测定原油中痕量钒和镍,使得原油可不经预处理直接进样分析,这样就大大
简化了操作步骤, 缩短了分析时间, 此方法快速,实用,对实际样品测定的结果比较满意.
尹明贵利用丁二酮肟将试液中的大部分镍沉淀,加入三氯甲烷捕集沉淀,用原子吸收法测量
水相中的残留镍,从而求出试样中的镍含量,测定了不锈钢中镍,由于试液无须放置过夜,分
析时间短.其它原子吸收法测定镍见表3 .
表3 原子吸收光谱法测定镍
测定方法 测定体系的主要条件 线性范围 检测限
回收率/
%
样品
高压消解
2. 化学分析中溶解试样的方法有哪些
、溶解法
采用适当的溶剂,将试样溶解后制成溶液的方法,称为溶解法。常用的溶剂有水、酸和碱等。 (1)水溶法对于可溶性的无机盐,可直接用蒸馏水溶解制成溶液。 (2)酸溶法多种无机酸及混合酸,常用做溶解试样的溶剂。利用这些酸的酸性、氧化性及配位性,使被测组分转入溶液。常用的酸有以下几种。 ①盐酸(HCl)大多数氯化物均溶于水,电位序在氢之前的金属及大多数金属氧化物和碳酸盐都可溶于盐酸中,另外,Cl-还具有一定的还原性,并且还可与很多金属离子生成配离子而利于试样的溶解。常用来溶解赤铁矿(Fe2O3)、辉锑矿(Sb2S3)、碳酸盐、软锰矿(MnO2)等样品。 ②硝酸(HNO3)具有较强的氧化性,几乎所有的硝酸盐都溶于水,除铂、金和某些稀有金属外,浓硝酸几乎能溶解所有的金属及其合金。铁、铝、铬等会被硝酸钝化,溶解时加入非氧化酸,如盐酸除去氧化膜即可很好的溶解。几乎所有的硫化物也都可被硝酸溶解,但应先加入盐酸,使硫以H2S的形式挥发出去,以免单质硫将试样裹包,影响分解。 ③硫酸(H2SO4)除钙、锶、钡、铅外,其它金属的硫酸盐都溶于水。热的浓硫酸具有很强的氧化性和脱水性,常用于分解铁、钴、镍等金属和铝、铍、锑、锰、钍、铀、钛等金属合金以及分解土壤等样品中的有机物等。硫酸的沸点较高(338℃),当硝酸、盐酸、氢氟酸等低沸点酸的阴离子对测定有干扰时,常加硫酸并蒸发至冒白烟(SO3)来驱除。在稀释在稀释在稀释在稀释浓硫酸时浓硫酸时浓硫酸时浓硫酸时,,,,切记切记切记切记,,,,一定要把浓硫酸缓慢倒入水中一定要把浓硫酸缓慢倒入水中一定要把浓硫酸缓慢倒入水中一定要把浓硫酸缓慢倒入水中,,,,并用玻璃棒不断搅拌并用玻璃棒不断搅拌并用玻璃棒不断搅拌并用玻璃棒不断搅拌,,,,如沾到皮肤要立如沾到皮肤要立如沾到皮肤要立如沾到皮肤要立即用大量水冲洗即用大量水冲洗即用大量水冲洗即用大量水冲洗。。。。 ④磷酸(H3PO4)磷酸根具有很强的配位能力,因此,几乎90%的矿石都能溶于磷酸。包括许多其它酸不溶的铬铁矿、钛铁矿、铌铁矿、金红石等,对于含有高碳、高铬、高钨的合金也能很好的溶解。单独使用磷酸溶解时,一般应控制在500~600℃、5min以内。若温度过高、时间过长,会析出焦磷酸盐难溶物、生成聚硅磷酸粘结于器皿底部,同时也腐蚀了玻璃。 ⑤(HClO4)热的、浓高氯酸具有很强的氧化性,能迅速溶解钢铁和各种铝合金。能将Cr、V、S等元素氧化成最高价态。高氯酸的沸点为203℃,蒸发至冒烟时,可驱除低沸点的酸,残渣易溶于水。高氯酸也常作为重量法中测定SiO2的脱水剂。使用使用使用使用HClO4时时时时,,,,应免与有机物接触免与有机物接触免与有机物接触免与有机物接触,,,,当样品含有机物时当样品含有机物时当样品含有机物时当样品含有机物时,,,,应先用硝酸氧化有机物和还原性物质后再加高氯酸应先用硝酸氧化有机物和还原性物质后再加高氯酸应先用硝酸氧化有机物和还原性物质后再加高氯酸应先用硝酸氧化有机物和还原性物质后再加高氯酸,,,,以免发生爆炸以免发生爆炸以免发生爆炸以免发生爆炸。。。。 ⑥氢氟酸(HF)氢氟酸的酸性很弱,但 F—的配位能力很强,能与 Fe(Ⅲ)、Al(Ⅲ)、Ti(Ⅳ)、Zr(Ⅳ)、W(Ⅴ)、Nb(Ⅴ)、Ta(Ⅴ)、U(Ⅵ)等离子形成配离子而溶于水,并可与硅形成SiF4而逸出。氢氟酸一定要氢氟酸一定要氢氟酸一定要氢氟酸一定要在在在在通风柜中使用通风柜中使用通风柜中使用通风柜中使用,,,,一但沾到皮肤一定要立即用水一但沾到皮肤一定要立即用水一但沾到皮肤一定要立即用水一但沾到皮肤一定要立即用水冲洗冲洗冲洗冲洗干净干净干净干净。。。。 (3)混合酸溶法 ①王水HNO3与HCl按1∶3(体积比)混合。由于硝酸的氧化性和盐酸的配位性,使其具有更好的溶解能力。能溶解Pb、Pt、Au、Mo、W等金属和Bi、Ni、Cu、Ga、In、U、V等合金,也常用于溶解Fe、Co、Ni、Bi、Cu、Pb、Sb、Hg、As、Mo等的硫化物和Se、Sb等矿石。 ②逆王水HNO3与HCl按3∶1(体积比)混合。可分解Ag、Hg、Mo、等金属及Fe、Mn、Ge的硫化物。浓HCl、浓HNO3、浓H2SO4的混合物,称为硫王水,可分别溶解含硅量较大的矿石和铝合金。 ③ HF+ H2SO4+ HClO4可分解Cr、Mo、W、Zr、Nb、Tl等金属及其合金,也可分解硅酸盐、钛铁矿、粉煤灰及土壤等样品。 ④ HF+HNO3常用于分解硅化物、氧化物、硼化物和氮化物等。 ⑤ H2SO4+H2O2+H2O,H2SO4∶H2O2∶H2O按2∶1∶3(体积比)混合。可用于油料、粮食、植物等样品的消解。若加入少量的CuSO4、K2SO4和硒粉作催化剂,可使消解更为快速完全。 ⑥ HNO3+ H2SO4+ HClO4(少量)常用于分解铬矿石及一些生物样品,如动、植物组织、尿液、粪便和毛发等。 ⑦ HCl+SnCl2主要用于分解褐铁矿、赤铁矿及磁铁矿等。 (4)碱溶法碱溶法的主要溶剂为NaOH、KOH或加入少量的Na2O2、K2O2.常用来溶解两性金属,如铝、锌及其合金以及它们的氢氧化物或氧化物,也可用于溶解酸性氧化物如MoO3、WO3等。
3. 有哪些方法可以比较精确地检验钯金
GB/T11066.6-2009 金化学分析方法镁、镍、锰和钯量的测定火焰原子吸收光谱法
GB/T11066.7-2009 金化学分析方法银、铜、铁、铅、锑、铋、钯、镁、锡、镍、锰和铬量的测定火花原子发射光谱法
GB/T11066.8-2009 金化学分析方法银、铜、铁、铅、锑、铋、钯、镁、镍、锰和铬量的测定乙酸乙酯萃取-电感耦合等离子体原子发射光谱法
GB/T15072.1- 贵金属合金化学分析方法金、铂、钯合金中金量的测定硫酸亚铁电位滴定法
GB/T15072.15- 贵金属合金化学分析方法金、银、钯合金中镍、锌和锰量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法
GB/T15072.3- 贵金属合金化学分析方法金、铂、钯合金中铂量的测定高锰酸钾电流滴定法
GB/T15072.4- 贵金属合金化学分析方法钯、银合金中钯量的测定二甲基乙二醛肟重量法
GB/T15072.5- 贵金属合金化学分析方法金、钯合金中银量的测定碘化钾电位滴定法
GB/T15072.6- 贵金属合金化学分析方法铂、钯合金中铱量的测定硫酸亚铁电流滴定法
GB/T15072.8- 贵金属合金化学分析方法金、钯、银合金中铜量的测定硫脲析出EDTA络合返滴定法
GB/T17418.3-2010 地球化学样品中贵金属分析方法第3部分:钯量的测定硫脲富集-石墨炉原子吸收分光光度法
GB/T17418.6-2010 地球化学样品中贵金属分析方法第6部分:铂量、钯量和金量的测定火试金富集-发射光谱法
GB/T19720-2005 铂合金首饰铂、钯含量的测定氯铂酸铵重量法和丁二酮肟重量法
GB/T21198.3-2007 贵金属合金首饰中贵金属含量的测定ICP光谱法第3部分:钯合金首饰钯含量的测定采用钇为内标
GB/T23275-2009 钌粉化学分析方法铅、铁、镍、铝、铜、银、金、铂、铱、钯、铑、硅量的测定辉光放电质谱法
GB/T23276-2009 钯化合物分析方法钯量的测定二甲基乙二醛肟析出EDTA络合滴定法
GB/T23277-2009 贵金属催化剂化学分析方法汽车尾气净化催化剂中铂、钯、铑量的测定分光光度法
GB/T23613-2009 锇粉化学分析方法镁、铁、镍、铝、铜、银、金、铂、铱、钯、铑、硅量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法
GB/T4698.23-1996 海绵钛、钛及钛合金化学分析方法氯化亚锡--碘化钾分光光度法测定钯量
HJ509-2009 车用陶瓷催化转化器中铂、钯、铑的测定电感耦合等离子体发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法
QB/T2382-1998 亮金水亮钯金水试验方法
SH/T0684-1999 分子筛和氧化铝基催化剂中钯含量测定法(原子吸收光谱法)
SJ/Z1091-1976 镀钯溶液典型分析方法
YS/T362-2006 纯钯中杂质素的发射光谱分析
YS/T372.1-2006 贵金属合金素分析方法银量的测定碘化钾电位滴定法
YS/T372.3-2006 贵金属合金素分析方法钯量的测定丁二肟析出EDTA络合滴定法
YS/T563-2009 贵金属合金化学分析方法铂钯铑合金中钯量、铑量的测定丁二肟重量法、氯化亚锡分光光度法
YS/T745.3-2010 铜阳极泥化学分析方法第3部分:铂量和钯量的测定火试金富集-电感耦合等离子体发射光谱法
4. 常见元素化学分析方法的目录
1金(Au)
1.1甲酸还原磷钼酸分光光度法测定矿石中的金
1.2硫代米蚩酮分光光度法测定硅酸岩中的痕量金
1.3原子吸收分光光度法测定矿石中的微量金
1.4酚藏花红分光光度法测定铜合金中的金
1.5二正辛基亚砜萃取?原子吸收分光光度法测定矿石中的微量金
2银(Ag)
2.1高锰酸分光光度法测定铁中的痕量银
2.2曙红?银?邻菲咯啉分光光度法测定镁合金中的银
2.3EDTA络合滴定法测定银合金中的银
2.4原子吸收分光光度法测定铁矿中的银
2.5硫氰化物容量法测定银合金中的银
2.6镉试剂A?吐温80分光光度法测定照相定影液废水中的银
3铝(Al)
3.1偶氮氯膦Ⅰ分光光度法测定金属铜中的铝
3.2铬偶氮酚KS分光光度法测定铁锰矿石中的铝
3.3EDTA络合滴定法测定钛中的铝
3.4铬天青S分光光度法测定铁合金中的铝
3.5原子吸收分光光度法测定金属材料中的铝
3.6CAS?TPB分光光度法测定金属镍中的微量铝
4砷(As)
4.1砷化物分光光度法测定高纯金属中的微量砷
4.2砷钼酸?结晶紫分光光度法测定岩石矿物中的砷
4.3孔雀绿分光光度法测定矿石中的微量砷
4.4二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法测定水中的微量砷
4.5碘量法测定合金中的砷
4.6钼蓝分光光度法测定合金中的砷
5硼(B)
5.1亚甲基蓝?1,2?二氯乙烷萃取分光光度法测定合金中的微量硼
5.2酸碱滴定容量法测定硼合金中的硼
6铍(Be)
6.1容量法测定合金中的铍
6.2铬天青S分光光度法测定合金中的微量铍
6.3甲基百里酚蓝分光光度法测定铍青铜中的铍
6.4铍试剂Ⅲ分光光度法测定合金中的微量铍
6.5偶氮氯膦Ⅰ分光光度法测定矿石中的微量铍
7铋(Bi)
7.15?Br?PADAP分光光度法测定铅中的铋
7.2二硫代二安替比林甲烷分光光度法测定矿石中的铋
7.3碘化钾分光光度法测定纯金属中的铋
7.4硫脲比色法测定铅合金中的铋
7.5双硫腙?苯萃取分光光度法测定高温合金钢中的铋
8钡(Ba)
8.1EDTA络合滴定法测定铌矿石中的钡
8.2二甲基偶氮磺Ⅲ分光光度法测定碱土金属中的微量钡
8.3重量法测定矿石中的钡
9碳(C)
9.1库仑法测定金属中的碳
9.2气体容量法测定金属中的碳
9.3非水滴定法测定钢铁中的碳
10钙(Ca)
11铜(Cu)
12钴(Co)
13铬(Cr)
14镉(Cd)
15铈(Ce)
16稀土总量
17氯(Cl)
18铁(Fe)
19氟(F)
20锗(Ge)
21镓(Ga)
21?5罗丹明B?苯?乙醚萃取分光光度法测定煤中镓
22汞(Hg)
23铱(Ir)
24铟(In)
25钾(K)、钠(Na)
26锂(Li)
27镁(Mg)
28锰(Mn)
29钼(Mo)
30氮(N)
31镍(Ni)
32铌(Nb)
33钕(Nd)
35铅(Pb)
36钯(Pd)
37铂(Pt)
38铷(Rb)、铯(Cs)
39铼(Re)
40铑(Rh)
41钌(Ru)
42硫(S)
43硅(Si)
44硒(Se)
45锡(Sn)
46锑(Sb)
47锶(Sr)
48钪(Sc)
49碲(Te)
50钛(Ti)
51钍(Th)
52钽(Ta)
53铀(U)
54钒(V)
55钨(W)
56钇(Y)
57锆(Zr)
58锌(Zn)
参考文献