XRF聚丙烯膜在X荧光分析粉末制样法中的应用

王雁雁，李长春，钱庆长，谢 鹏

（1. 铜陵有色金属集团股份有限公司金冠铜业分公司 安徽 铜陵 244100；2.铜陵有色金属集团控股有限公司技术中心 安徽 铜陵 244000）

1 引言

X荧光分析具有快速简便、准确度高、分析范围广等特点，该分析技术已广泛应用且相当成熟。作为与之配套的样品制备方法也是多种多样。常规粉末样品制备方法有以下两种：一种是熔融法［1］。熔融法是应用较多的一种制样方法，它较好地消除了颗粒度效应和矿物效应的影响。但熔融法也有明显的缺点：一是因样品被熔剂稀释和吸收，使轻元素（特别是S、Si等）的测量强度减小，导致分析结果偏低；二是制样复杂，耗费时间长，不能满足工业生产中控制分析对速度的要求；三是成本比较高，需要专用的熔融炉、专用熔剂，电能消耗大。另一种是粉末压片法［2］。粉末压片法的优点是简单、快速、经济，在分析工作量大、分析精度要求不太高时应用。其中，粉末压片法有粉末直接压片［3］、粉末稀释压片［4］、用粘结剂衬底［5］和镶边等方法。粉末直接压片最为方便，但不适用于粘性差的样品；粉末稀释压片、用粘结剂衬底和镶边等方法适用性较广，但操作较麻烦，还需用到其他试剂。

上述每种粉末样品制备技术都有优缺点，但没有一种方便、快捷、经济，同时又能有效解决生产中一些粘性差，分析面易开裂、易脱落或不易烘干含挥发组分粉末样品的新型压片方法。通过实验研究，本文提供了一种方便快捷又经济实惠的XRF粉末样品的制备方法，在实际生产中非常实用，从根本上解决了上述特定样品的压片问题。

2 试验部分

2.1 仪器设备

XRF-1800型波长色散X荧光光谱仪（日本岛津公司）；ZHY-601B压样机（北京众合创业科技发展有限公司）；FTFS-180型密封式化验制样粉碎机（浙江福特机械制造有限公司）；101A-2型鼓风干燥箱（上海实研电炉有限公司）。

2.2 样品及材料

选用渣选尾矿、熔炼炉渣等为样品并预先烘干，冷却后在制样粉碎机中打磨1min，制成待分析粉末样品。

试验材料包括XRF聚丙烯膜、铁盖、铝盖、塑料环，材料规格如表1、表2。

表1 XRF聚丙烯膜型号

表2 压样模具规格

2.3 实验过程

2.3.1 采用铝（铁）盖衬底直接粉末压样

将装满渣选尾矿样品的铝（铁）盖倒扣在压样模具上，采用400kN压力一次加压成型，保压20s，得到待分析样片。

2.3.2 采用铝（铁）盖结合XRF聚丙烯膜压样

压样方式一：将装满渣选尾矿样品的铝（铁）盖倒扣在压样模具上，采用400kN压力一次加压成型，保压20s，再将一层3.6μm厚XRF聚丙烯膜覆盖在样片分析面上，得到待分析样片。

压样方式二：先在模具上铺上一层3.6μm厚XRF聚丙烯膜，然后往铝（铁）盖中加入渣选尾矿样品至与铝（铁）盖顶端平齐，倒扣在放有XRF聚丙烯膜的压样机模具上，采用400kN压力一次加压成型，保压20s，得到待分析样片。

压样方式三：先在模具上铺上一层3.6μm厚XRF聚丙烯膜，然后放上塑料环，再往塑料环中加入渣选尾矿样品至与塑料环顶端平齐，放到压样机模具上，采用400kN压力一次加压成型，保压20s，得到待分析样片，将衬有XRF聚丙烯膜的一面作为分析面，样品的另一个面可用50mm×50mm的透明胶带粘上。采用同样的压样条件，再分别选用2.5μm、6μm、12μm厚XRF聚丙烯膜进行试验。

3 试验效果分析

3.1 压样模具的选择

试验过程分别采用铝盖、铁盖、塑料环三种模具结合XRF聚丙烯膜压片。由表3可知，塑料环结合XRF聚丙烯膜压片是最理想的压样方式。

表3 不同模具压样效果

根据表3的压片效果可知，铝盖结合XRF聚丙烯膜的效果一般，样片中间部位平整，边缘处碎裂，铝盖与XRF聚丙烯膜结合处有粉末脱落，样片不具备分析条件；铁盖结合XRF聚丙烯膜的效果较差，样片中间部位平整，边缘处开裂，有粉末脱落情况严重，样片不具备分析条件；塑料环结合XRF聚丙烯膜的效果很好，整个样片表面都很平整、光滑、无开裂，边缘处无粉末掉落现象，塑料环模具与物料及XRF聚丙烯膜完美结合无缝隙，样片具备分析条件。

3.2 不同厚度XRF聚丙烯膜压片荧光强度衰减情况

由于荧光强度跟样品中元素浓度呈正相关关系，故本文采用浓度代替荧光强度来描述荧光强度衰减情况。由表4可知，根据聚丙烯膜与塑料环边缘贴合程度可得出，使用6μm和12μm的聚丙烯膜在熔炼炉渣样品中压片后会出现局部鼓泡，不能分析的现象；使用12μm的聚丙烯膜在渣选尾矿样品中压片后会出现局部鼓泡，不能分析的现象。

表4 不同厚度XRF聚丙烯膜压片荧光强度衰减表

结合表4及图1、图2的荧光强度衰减数据看出，熔炼炉渣和渣选尾矿中的各检测元素强度均有不同程度的衰减，其中熔炼炉渣中Cu、Pb、Zn、As、S强度衰减不明显，Fe、SiO2的强度随着聚丙烯膜厚度增加衰减程度逐渐增大。渣选尾矿中Cu、As强度衰减不明显，Fe的强度随着聚丙烯膜厚度增加衰减程度逐渐增大，在使用3.6μm膜厚的XRF聚丙烯膜时其衰减程度已达到30%。试验结果说明：在使用塑料环和样品及XRF聚丙烯膜的压片方式后，荧光分析时会对部分元素的强度产生衰减，但对于这种元素强度衰减的情况，可通过在同一条件下制备标准试料片进行校正消除。

图1 熔炼炉渣检测元素强度衰减图

图2 渣选尾矿检测元素强度衰减图

3.3 XRF聚丙烯膜厚度的选择

采用不同厚度XRF聚丙烯膜进行试验并观察荧光强度衰减情况，厚度为2.5μm、3.6μm的聚丙烯膜压样效果都不错，但XRF聚丙烯膜的厚度越薄价格越贵，为节省成本，选择厚度3.6μm的XRF聚丙烯膜作为日常分析使用经济合理。

3.4 塑料环高度选择

通过采用4.0mm、5.0mm两种高度规格塑料环进行试验，由于4.0mm高塑料环装样量稍有些偏少，塑料环与样片接触处偶尔会因为塑料环应力变形而出现分离现象，故采用5.0mm高塑料环压样较为适宜。

3.5 适应样品种类的选择

通过试验可知，3.6μm厚的XRF聚丙烯膜结合5.0mm高塑料环压样，能解决两类典型样品在粉末压片中的压片困难问题，一类是渣尾矿、炉渣、原矿等铜含量低、黏度差的样品；另一类是烟灰、砷滤饼等含酸类易挥发的样品。

3.6 方法的准确度

采用XRF聚丙烯膜结合塑料环压片后建立标准工作曲线［6］，未知样分析结果与化学分析结果对照如表5所示。

表5 X荧光分析与化学分析结果对照表

从表5中可以看出：化学分析和X荧光分析对5个未知含量的样品元素检测含量结果较吻合。以生产控制过程中最关注的元素为例：Cu含量差值最大仅为0.05%、Fe含量差值最大仅为0.30%、SiO2含量差值最大仅为0.30%，均在生产要求的误差范围内。结果表明：该方法检测的准确度较高。

4 试验结论

用3.6μm厚的XRF聚丙烯膜结合5.0mm高塑料环使用在粉末样品的压片中，取得了很好的效果，特别是对于熔炼炉渣、渣选尾矿等黏度较差的样品和烟灰等含酸易挥发的样品。此压片方法从根本上解决了这部分样品因为黏度较差而难以压片或样品含酸腐蚀X荧光分光晶体以及无法保证分析腔真空度，从而导致仪器不能正常检测。实验表明：采用XRF聚丙烯膜结合塑料环压片建立的工作曲线线性良好，分析结果与化学法较吻合，适合于X荧光日常分析。

5 结语

本文采用塑料环压样，在塑料环底部衬上一层XRF聚丙烯膜，压样片成品致密、平整、光滑，在X荧光分析抽真空时样片不会开裂、不会脱落粉末，不会污染真空室；含酸样品也不会因为射线照射而挥发含酸组分导致分光晶体腐蚀。因此，XRF聚丙烯膜结合塑料环压片大大降低了真空室的清理频率，减少了X荧光仪的维护、维修频率，降低了仪器的故障率，从而降低成本。此外，该压片方法延长了仪器的稳定性（漂移周期）和使用寿命。更重要的是，通过创新制样方法，对于常规压样方式无法检测的样品，也能准确快速地检测。