X荧光光谱仪对金属材料样品测量准确度影响因素分析

X荧光光谱仪的构成主要包括探测系统与X射线管, 它可以非破坏性的实施多元素分析, 能够对金属物质等多种样品机制进行快速筛查, 在金属冶炼行业中, X荧光光谱仪检测法已成为初步筛选多种金属元素的首选方法[1]。

笔者通过对以Axios XRF光谱仪为例, 对X荧光光谱仪构造和工作原理等简要阐述, 对其应用方式、测量结果因素进行分析, 了解准确控制有害物质对电子产品的直接影响情况。

研究选用Axios XRF光谱仪, 一起主要用来从测定矿物、矿石、化学试剂、土壤、生物试剂等的各种元素含量, 更多的是对碳酸盐与硅酸盐进行全面分析, 并对金属冶炼样品中的元素进行测定, 通过定量分析和定性分析完成对样品的检测。

XRF主要分为EDX (能量色散型) 和WDX (波长色散型) 两种类型, 其中以WDX的应用最为常见。荧光光谱在WDX中, 经色散元件被分离成无法连续的波段, 然后选用闪烁计数器或者气体正比计数器实施检测, 其主要组成包括:探测器和X光管、次级准直器和晶体与初级准直器, 以及初级滤光片等辅助装置。

在对样本进行分析时, 当来自X光管的试样与初级X射线作用后能够形成如下现象:

(1) 试样中的原理和X射线相碰撞后, 形成非相干散射与相干散射;

(2) 试样中的原理吸收X射线中的光电子后, 能够形成俄歇效应与X荧光;

(3) 试样原子未吸收X射线, 同时也未与试样中的原子发生碰撞, 而是穿透试样继续传播, 而X射线荧光光谱仪测量就是X荧光。

X荧光光谱仪属于无损测试仪器, 无需进行特殊的前处理便能对测试样本实施测量是其最大优势, 能使测量结果快速得出。

然而, 测试样品是否有干扰素, 样品是否均质材料, 样本大小、形态是否与要求相符, 以及样品是否氧化等, 均会对测量结果的准确度产生影响。

(1) 非均质样品:表面有电镀层或者涂附层、表面有重金属污染, 均属于非均质样品的常见表现。如果表面为重金属, 则需要清除掉重金属后再实施测量。若有电镀层依附在金属表面, 则需要对内部金属的其它金属元素指标进行测试, 尽量刮去表面的镀层后再实施测试。

(2) 样本大小:根据X荧光光谱仪光斑的大小对样品的大小进行区分, 当样品能够被光斑完全照射, 且样品厚度与要求相一致, 那么可在测试室直接对样本进行测量。光斑不能够完全照在样品上, 如果光斑比样品大, 则可以把样品放入样品杯内, 待达到一定量时, 不留空隙, 将其压紧, 随后实施分析。

如果样品厚度相对较薄, 可堆放类似的的小样品, 从而可达到最小样品的厚度限值, 并能给予有效分析[2]。一般情况下, 所有样本需完全在光谱测量范围内, 针对一些轻金属与高分子样品, 如钛、镁和铝等厚度至少为5毫米;如果是液体样品, 则至少要15毫米;如果是其他的合金样本, 则至少要1毫米厚。

(3) 样品形态:如果样品为液体样品, 可向特定的样品杯内置入液体样品, 选用特殊的密封材料将其密封好, 然后送至测试室对样品杯进行测量。如果样品为石灰、粉尘和矿粉等粉末样品, 可在样品杯内倒入粉末样品, 样品重量约7g即可, 盖住样品杯底约10毫米后, 随后对其实施测量。可实施压片法, 能有效确保结果的准确性。如果样品为铝合金、铜合金等固体样品, 可将其测试表面磨光滑。实施前, 禁止用手触碰抛光的表面, 避免表面沾有油污, 导致测量精度受影响[3]。

对样品实施分析时, 待测元素的谱线和干扰元素的谱线能够相重合, 使得容易扩大测得强度, 影响分析结果。通常, 看元素谱线的干扰并非相对困难, 首要任务便是对易干扰、常见元素的干扰情况, 以及谱线位置情况进行掌握, 判断样本测试图谱时, 最为关键的是, 若有某元素存在, 则它能同时存在多个位置的多条谱线, 看不低于两条的谱线, 若Cu, 则需对Cb Lbl与Ca La这两条进行查看。

若Cu元素真的含有, 那么两条谱线变会有较为显著的波峰出现;若Cu元素真的含有且被其它元素所干扰而发生偏大情况, 那么两条谱线都会有波峰出现, 这样会出现两条谱线所测试出来的结果都相对较大。针对此情况, 建议采用以下方法规避其问题的发生, 即: (1) 采取数学校正, 现代设备上都有数学校正程序; (2) 对仪器测量条件适当选取, 从而能使仪器分辨效果提升; (3) 规避干扰线, 尽可能选用无干扰的谱线作为分析线。

样品表面暴露于空气中容易发生氧化情况, XRF属于表面分析方法, 伴随时间的增长, 容易使本品分析结果不断呈上升趋势, 实施测量前需先磨掉氧化膜。

样品表面的光泽程度能够影响分析结果, 如果样品表面凸凹不平, 不光滑, 都会对测量结果产生影响, 因此要尽量能磨平表面。

工作曲线其实就是样品中含有元素质量百分含量和元素X射线强度的关系曲线, 经工作曲线, 把测量得出的特征X射线强度转变为浓度, 使得工作曲线能严重影响测量结果。

(1) 对工作曲线进行制作的样品。XRF基本上属于相对测量, 需把标准样品看作测量基准, 待测样品和标准样品的条件要保持相同。标准样品需具备充足的稳定性和均匀性, 分析样品和控制样品的分析方法与冶炼过程存在差异, 其量值无法溯源, 稳定性和均匀性无法保证。

(2) 工作曲线的适用范围。对工作曲线选取时, 需要对工作曲线的适用范围加强注意, 通常应用范围应落在绘制曲线应用的标准样品的浓度范围内。举例:500至1000μg/g为对曲线绘制时所应用的标样浓度, 就要测试样本中的Cu含量不低于1000μg/g或者未超过500μg/g。如果测试点落在工作曲线外延位置, 则会严重影响测量结果, 导致其产生误差。

X荧光光谱仪测量过程中, 环境温湿度对测量结果的准确度影响较大, 样品温度与测量结果的影响呈正相关性。当测量环境的温度湿度较高时, 样品温度湿度较高, 测定结果则相对较高, 特别是对于低硫样品, 测定过程中温度对样品测试结果的影响较大, 结果存在明显的波动性。建议安装测试温度控制装置, 并安装改进样品温度自动校正曲线, 在测量过程尽量保证温湿度适宜, 处于适宜的测定温湿度范围, 有助于保证测定结果的准确性。

在测量过程中, 人为因素是影响测量结果准确度的重要因素。操作人员对仪器设备的熟练掌握, 是保证测量准确的基础。

而检测时操作人员的工作状态、工作责任心等也都会影响测定结果的准确性。

针对X荧光光谱仪测量的操作人员, 需要机遇有效的培训措施, 保证熟练掌握设备参数及测量流程, 确保测量的全过程符合测量基本要求。

综上所述, X荧光光谱仪在金属冶炼中属于常用筛查仪器, 具有快速性优势, 且操作便捷。

为使测量准确度提升, 需要保证表面光滑平整, X射线无法穿透样本厚度, 应为均值材料, X荧光光斑投影面积比测试样品最小面积小等。在实施期间, 需要对上述影响因素情况加以注意, 只有这样才能显著提升X荧光光谱以的测量准确度。

参考文献

[1]任维萍, 冯淑琴, 王珺, 等.粉末样品的粒度对压片-X射线荧光光谱法测定炉渣准确度的影响[J].冶金分析, 2017, 37 (1) :21-25.
[2]李阳, 李垒, 韩晓霞, 等.便携式X-荧光分析土壤的准确度和质量控制研究[J].环境科学与管理, 2015, 40 (9) :146-149.
[3]李传启, 杨崇秀.手持式X-射线荧光光谱仪在金属材料检测中的应用[J].广州化学, 2016, 41 (6) :29-33.