高压制样X射线荧光光谱法测定煤样品中17种元素和灰分

李小莉 安树清
摘 要 采用自制的高压制样模具,在1400 kPa压力下直接压制煤样品,解决了由于煤样品粘结性差难以直接压制成型的难题。用电子显微镜对高压样片(1400 kPa)和常规压片(400 kPa)作了表面形态的比较,高压制备的样片表面致密、平整、光滑、不掉粉末。由于煤国家标准样品中定值的元素少,为了增加煤标样中可测定元素,以ICPAES多次分析结果的平均值作为标准值,用高压制样建立了波长色散X射线荧光光谱测定煤样品中17个主次微量元素的分析方法,绝大部分组分的检出限较常规压力制备的样品有所改善,大部分组分的精密度都低于1%,制样的重现性好,X荧光的测定值与化学值基本相符。特别指出的是:使用SiKα测量强度和煤样品中的灰分含量建立的校准曲线,其RMS为0.9441,可直接用于测定煤样品中的灰分。
关键词 高压制样; 煤; X射线荧光光谱
1 引 言
煤是重要的工业能源之一。近来随着环境保护立法日益严厉,对工业废弃物的控制也日益严格。煤在利用过程中以气化、液化及固体形式对大气、水及土壤造成严重污染。因此对煤利用过程及其相关产物中的指标及元素分析,对煤品质的分类,能源的保护及环境污染治理具有重要意义。
煤中元素含量和灰分测定,通常使用化学法,需要在815℃灰化后,用HF或NaOH消解样品,再由经典的化学方法或原子吸收方法、比色法分析。电感耦合等离子体发射光谱(ICPAES)在灰化及酸溶解后可测定煤中的多种元素[1~4] ,但在这个过程中挥发元素损失,样品处理耗时长。X射线荧光光谱法能进行多元素同时测定,制样简单、快速[5]。 用X射线荧光光谱法可测定煤中多种元素[6~13],但由于煤的粘结性很差,使用400 kPa压力直接压制难以成型, 需要加入粘结剂才能压制成型。为解决上述问题,使用自行研制的高压制样模具和高压制样技术, 在1400 kPa的高压下直接压制煤粉末样品,制备的试样片表面致密、平整、光滑,光亮,提高了样片制备的重现性,改善了部分元素的检出限,进而提高了方法精密度和准确度。
2 实验部分
2.1 仪器及工作条件
Axios波长色散X射线荧光光谱仪(荷兰帕纳科公司),最大功率4.0 kW,最大电压60 kV,最大电流125 mA,超尖锐铑靶X光管。SuperQ 4.0D软件。S4800冷场发射扫描电子显微镜(FESEM,日本日立公司),最大放大30万倍,最大分辨率1 nm。YAM3000D微机控制电液伺服压力试验机(济南时代试金试验机有限公司),最大压力3000 kPa, 用于大压力制样;日本理学液压机,最大压力600 kPa,用于常规压力制样。
各被分析元素和组分的测量条件见表1。
2.2 样品制备
称取105℃烘干的煤样品(粉碎至80目)6.0 g,用低压聚乙烯粉镶边垫底。采用专利高压制样技术(专利申请号:201310125722.5)升压至1400 kPa, 保持30 s,压制成内径为32 mm,外径为40 mm的样片,样片编号,放入干燥器待测。
2.3 校准样品的选择
粉末压片法颗粒度和矿物效应是分析误差 的主要来源,为了减小分析误差,要求标准样品与待分析样品在矿物结构、颗粒度和化学成分上尽可能相似。选用国家一级煤成分标准物质GBW11139~GBW11152作为校准样品, 建立校准曲线。但由于该标准物质中定值的元素少,为了增加煤标样中元素的测定,使用ICP5次分析的结果平均值作为标准值,16个煤标准样品(GBW11139~GBW11152)中各元素的含量范围见表2。
3 结果与讨论
3.1 高压制样技术
煤的粘结性较差,使用较低的压力压制煤样品难以成型。在以往的X射线荧光光谱法测定煤及相关产品的报导中,多采用加入固体或液体粘结剂的方法压制成片。粘结剂与样品的比例从0.20 ∶ 9到1 ∶ 1[6~8], 大量粘结剂的加入,不仅稀释了样品,使分析线强度下降,增加了背景散射,影响轻元素和痕量元素的检出限,并且需要研磨、混匀等制样步骤,增加制样时间,不利于大批量样品的快速分析。使用自行研制的高压制样模具和高压制样技术, 在1400 kPa压力下,将煤压制成片。随着压力的增大,样片的厚度减小,密度增大, 表面光洁度增加,背景散射减小,在不同压力下的样片表面形态电镜扫描图如图1所示。
摘 要 采用自制的高压制样模具,在1400 kPa压力下直接压制煤样品,解决了由于煤样品粘结性差难以直接压制成型的难题。用电子显微镜对高压样片(1400 kPa)和常规压片(400 kPa)作了表面形态的比较,高压制备的样片表面致密、平整、光滑、不掉粉末。由于煤国家标准样品中定值的元素少,为了增加煤标样中可测定元素,以ICPAES多次分析结果的平均值作为标准值,用高压制样建立了波长色散X射线荧光光谱测定煤样品中17个主次微量元素的分析方法,绝大部分组分的检出限较常规压力制备的样品有所改善,大部分组分的精密度都低于1%,制样的重现性好,X荧光的测定值与化学值基本相符。特别指出的是:使用SiKα测量强度和煤样品中的灰分含量建立的校准曲线,其RMS为0.9441,可直接用于测定煤样品中的灰分。
关键词 高压制样; 煤; X射线荧光光谱
1 引 言
煤是重要的工业能源之一。近来随着环境保护立法日益严厉,对工业废弃物的控制也日益严格。煤在利用过程中以气化、液化及固体形式对大气、水及土壤造成严重污染。因此对煤利用过程及其相关产物中的指标及元素分析,对煤品质的分类,能源的保护及环境污染治理具有重要意义。
煤中元素含量和灰分测定,通常使用化学法,需要在815℃灰化后,用HF或NaOH消解样品,再由经典的化学方法或原子吸收方法、比色法分析。电感耦合等离子体发射光谱(ICPAES)在灰化及酸溶解后可测定煤中的多种元素[1~4] ,但在这个过程中挥发元素损失,样品处理耗时长。X射线荧光光谱法能进行多元素同时测定,制样简单、快速[5]。 用X射线荧光光谱法可测定煤中多种元素[6~13],但由于煤的粘结性很差,使用400 kPa压力直接压制难以成型, 需要加入粘结剂才能压制成型。为解决上述问题,使用自行研制的高压制样模具和高压制样技术, 在1400 kPa的高压下直接压制煤粉末样品,制备的试样片表面致密、平整、光滑,光亮,提高了样片制备的重现性,改善了部分元素的检出限,进而提高了方法精密度和准确度。
2 实验部分
2.1 仪器及工作条件
Axios波长色散X射线荧光光谱仪(荷兰帕纳科公司),最大功率4.0 kW,最大电压60 kV,最大电流125 mA,超尖锐铑靶X光管。SuperQ 4.0D软件。S4800冷场发射扫描电子显微镜(FESEM,日本日立公司),最大放大30万倍,最大分辨率1 nm。YAM3000D微机控制电液伺服压力试验机(济南时代试金试验机有限公司),最大压力3000 kPa, 用于大压力制样;日本理学液压机,最大压力600 kPa,用于常规压力制样。
各被分析元素和组分的测量条件见表1。
2.2 样品制备
称取105℃烘干的煤样品(粉碎至80目)6.0 g,用低压聚乙烯粉镶边垫底。采用专利高压制样技术(专利申请号:201310125722.5)升压至1400 kPa, 保持30 s,压制成内径为32 mm,外径为40 mm的样片,样片编号,放入干燥器待测。
2.3 校准样品的选择
粉末压片法颗粒度和矿物效应是分析误差 的主要来源,为了减小分析误差,要求标准样品与待分析样品在矿物结构、颗粒度和化学成分上尽可能相似。选用国家一级煤成分标准物质GBW11139~GBW11152作为校准样品, 建立校准曲线。但由于该标准物质中定值的元素少,为了增加煤标样中元素的测定,使用ICP5次分析的结果平均值作为标准值,16个煤标准样品(GBW11139~GBW11152)中各元素的含量范围见表2。
3 结果与讨论
3.1 高压制样技术
煤的粘结性较差,使用较低的压力压制煤样品难以成型。在以往的X射线荧光光谱法测定煤及相关产品的报导中,多采用加入固体或液体粘结剂的方法压制成片。粘结剂与样品的比例从0.20 ∶ 9到1 ∶ 1[6~8], 大量粘结剂的加入,不仅稀释了样品,使分析线强度下降,增加了背景散射,影响轻元素和痕量元素的检出限,并且需要研磨、混匀等制样步骤,增加制样时间,不利于大批量样品的快速分析。使用自行研制的高压制样模具和高压制样技术, 在1400 kPa压力下,将煤压制成片。随着压力的增大,样片的厚度减小,密度增大, 表面光洁度增加,背景散射减小,在不同压力下的样片表面形态电镜扫描图如图1所示。
摘 要 采用自制的高压制样模具,在1400 kPa压力下直接压制煤样品,解决了由于煤样品粘结性差难以直接压制成型的难题。用电子显微镜对高压样片(1400 kPa)和常规压片(400 kPa)作了表面形态的比较,高压制备的样片表面致密、平整、光滑、不掉粉末。由于煤国家标准样品中定值的元素少,为了增加煤标样中可测定元素,以ICPAES多次分析结果的平均值作为标准值,用高压制样建立了波长色散X射线荧光光谱测定煤样品中17个主次微量元素的分析方法,绝大部分组分的检出限较常规压力制备的样品有所改善,大部分组分的精密度都低于1%,制样的重现性好,X荧光的测定值与化学值基本相符。特别指出的是:使用SiKα测量强度和煤样品中的灰分含量建立的校准曲线,其RMS为0.9441,可直接用于测定煤样品中的灰分。
关键词 高压制样; 煤; X射线荧光光谱
1 引 言
煤是重要的工业能源之一。近来随着环境保护立法日益严厉,对工业废弃物的控制也日益严格。煤在利用过程中以气化、液化及固体形式对大气、水及土壤造成严重污染。因此对煤利用过程及其相关产物中的指标及元素分析,对煤品质的分类,能源的保护及环境污染治理具有重要意义。
煤中元素含量和灰分测定,通常使用化学法,需要在815℃灰化后,用HF或NaOH消解样品,再由经典的化学方法或原子吸收方法、比色法分析。电感耦合等离子体发射光谱(ICPAES)在灰化及酸溶解后可测定煤中的多种元素[1~4] ,但在这个过程中挥发元素损失,样品处理耗时长。X射线荧光光谱法能进行多元素同时测定,制样简单、快速[5]。 用X射线荧光光谱法可测定煤中多种元素[6~13],但由于煤的粘结性很差,使用400 kPa压力直接压制难以成型, 需要加入粘结剂才能压制成型。为解决上述问题,使用自行研制的高压制样模具和高压制样技术, 在1400 kPa的高压下直接压制煤粉末样品,制备的试样片表面致密、平整、光滑,光亮,提高了样片制备的重现性,改善了部分元素的检出限,进而提高了方法精密度和准确度。
2 实验部分
2.1 仪器及工作条件
Axios波长色散X射线荧光光谱仪(荷兰帕纳科公司),最大功率4.0 kW,最大电压60 kV,最大电流125 mA,超尖锐铑靶X光管。SuperQ 4.0D软件。S4800冷场发射扫描电子显微镜(FESEM,日本日立公司),最大放大30万倍,最大分辨率1 nm。YAM3000D微机控制电液伺服压力试验机(济南时代试金试验机有限公司),最大压力3000 kPa, 用于大压力制样;日本理学液压机,最大压力600 kPa,用于常规压力制样。
各被分析元素和组分的测量条件见表1。
2.2 样品制备
称取105℃烘干的煤样品(粉碎至80目)6.0 g,用低压聚乙烯粉镶边垫底。采用专利高压制样技术(专利申请号:201310125722.5)升压至1400 kPa, 保持30 s,压制成内径为32 mm,外径为40 mm的样片,样片编号,放入干燥器待测。
2.3 校准样品的选择
粉末压片法颗粒度和矿物效应是分析误差 的主要来源,为了减小分析误差,要求标准样品与待分析样品在矿物结构、颗粒度和化学成分上尽可能相似。选用国家一级煤成分标准物质GBW11139~GBW11152作为校准样品, 建立校准曲线。但由于该标准物质中定值的元素少,为了增加煤标样中元素的测定,使用ICP5次分析的结果平均值作为标准值,16个煤标准样品(GBW11139~GBW11152)中各元素的含量范围见表2。
3 结果与讨论
3.1 高压制样技术
煤的粘结性较差,使用较低的压力压制煤样品难以成型。在以往的X射线荧光光谱法测定煤及相关产品的报导中,多采用加入固体或液体粘结剂的方法压制成片。粘结剂与样品的比例从0.20 ∶ 9到1 ∶ 1[6~8], 大量粘结剂的加入,不仅稀释了样品,使分析线强度下降,增加了背景散射,影响轻元素和痕量元素的检出限,并且需要研磨、混匀等制样步骤,增加制样时间,不利于大批量样品的快速分析。使用自行研制的高压制样模具和高压制样技术, 在1400 kPa压力下,将煤压制成片。随着压力的增大,样片的厚度减小,密度增大, 表面光洁度增加,背景散射减小,在不同压力下的样片表面形态电镜扫描图如图1所示。
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