中国地质学会岩矿测试技术专业委员会、国家地质实验测试中心主办

粉末压片制样-X射线荧光光谱法分析地球化学调查样品测量条件的优化

刘玉纯, 林庆文, 马玲, 梁述廷. 粉末压片制样-X射线荧光光谱法分析地球化学调查样品测量条件的优化[J]. 岩矿测试, 2018, 37(6): 671-677. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201801300014
引用本文: 刘玉纯, 林庆文, 马玲, 梁述廷. 粉末压片制样-X射线荧光光谱法分析地球化学调查样品测量条件的优化[J]. 岩矿测试, 2018, 37(6): 671-677. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201801300014
Yu-chun LIU, Qing-wen LIN, Ling MA, Shu-ting LIANG. Optimization of Measurement Conditions for Geochemical Survey Sample Analysis by X-ray Fluorescence Spectrometry with Pressed Powder Pellet Sample Preparation[J]. Rock and Mineral Analysis, 2018, 37(6): 671-677. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201801300014
Citation: Yu-chun LIU, Qing-wen LIN, Ling MA, Shu-ting LIANG. Optimization of Measurement Conditions for Geochemical Survey Sample Analysis by X-ray Fluorescence Spectrometry with Pressed Powder Pellet Sample Preparation[J]. Rock and Mineral Analysis, 2018, 37(6): 671-677. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201801300014

粉末压片制样-X射线荧光光谱法分析地球化学调查样品测量条件的优化

  • 基金项目:
    安徽省国土资源科技项目“安徽省地球化学调查土壤、水系沉积物标准物质研制”(2016-k-17)
详细信息
    作者简介: 刘玉纯, 高级工程师, 长期从事化学分析工作。E-mail:1810597408@qq.com
  • 中图分类号: O657.34

Optimization of Measurement Conditions for Geochemical Survey Sample Analysis by X-ray Fluorescence Spectrometry with Pressed Powder Pellet Sample Preparation

  • 在X射线荧光光谱(XRF)分析中,粉末压片制样是被广泛应用的一种制样方法,但由于存在样品粒度、矿物和基体效应对其测量条件进行优化。本文应用XRF法测量地球化学调查样品中24种主次量元素,综合优化了制样压力、仪器工作电压和工作电流、待测元素分析谱线、探测器的调节和探测效率等实验条件。在最优测量条件下,用土壤和水系沉积物国家标准物质GBW07402、GBW07404、GBW07424、GBW07426、GBW07429验证方法的准确度,结果表明个别元素如GBW07402中的Na2O、GBW07404中的Pb相对误差大于10%,其余元素的相对误差小于10%,但均达到了地球化学调查样品的质量监控要求。经优化的仪器测量条件为我国地球化学调查样品提供了可靠的基础数据。
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  • 图 1  工作电压对镁(a)、锶(b)激发效率的影响

    Figure 1. 

    图 2  铅2θ扫描谱图

    Figure 2. 

    图 3  镍的脉冲高度分布

    Figure 3. 

    图 4  PC和SC计数器对20Ca~30Zn元素探测效率的比较

    Figure 4. 

    表 1  工作电压对磷、钒等元素激发效率的影响

    Table 1.  Effect of working voltage on the excitation efficiency of elements such as P and V

    工作电压(kV) INa/IBG IMg/IBG IP/IBG IV/IBG ISr/IBG IZr/IBG
    30 44.53 35.64 12.70 8.26 2.48 3.74
    35 43.24 34.69 11.53 8.63 2.99 4.79
    40 40.69 34.11 11.70 9.14 3.33 5.76
    45 37.90 32.90 11.50 9.37 3.68 6.46
    50 37.07 31.98 10.95 9.51 3.94 7.16
    55 36.15 30.99 10.94 9.97 4.22 7.82
    60 33.63 30.03 10.59 10.41 4.51 8.21
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    表 2  工作电流对磷和钒激发效率的影响

    Table 2.  Effect of working current on the excitation efficiency of P and V

    工作电流(mA) P V
    谱线强度
    I(kcps)
    背景强度
    IBG(kcps)
    I/IBG 谱线强度
    I(kcps)
    背景强度
    IBG(kcps)
    I/IBG
    40 5.54 0.52 10.75 10.68 1.06 10.10
    45 6.25 0.56 11.08 12.03 1.21 9.90
    50 6.95 0.67 10.40 13.34 1.35 9.89
    55 7.68 0.68 11.28 14.70 1.46 10.06
    60 8.36 0.76 11.01 16.04 1.61 9.98
    65 9.08 0.84 10.83 17.42 1.72 10.11
    70 9.83 0.89 11.09 18.75 1.89 9.93
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    表 3  铜的背景对回归结果的影响

    Table 3.  Effect of Cu background on regression results

    标准物质编号 认定值(μg/g) 原始强度回归结果 相对误差(%) 净强度回归结果 相对误差(%)
    GBW07301a 28.0 27.9 -0.36 28.0 0.00
    GBW07302 4.9 8.4 71.43 4.6 -6.12
    GBW07303 177.0 184.2 4.07 183.4 3.62
    GBW07304 37.0 34.6 -6.49 37.2 0.54
    GBW07305 137.0 138.9 1.39 139.9 2.12
    GBW07306 383.0 385.4 0.63 385.6 0.68
    GBW07307 38.0 37.3 -1.84 37.5 -1.32
    GBW07308 4.1 7.8 90.24 5.0 21.95
    GBW07309 32.0 32.3 0.94 32.4 1.25
    GBW07310 22.6 26.3 16.37 23.8 5.31
    GBW07311 79.0 81.1 2.66 78.9 -0.13
    GBW07312 1230.0 1252.6 1.84 1251.2 1.72
    GBW07317 11.0 14.5 31.82 11.6 5.45
    GBW07318 66.0 59.2 -10.30 61.7 -6.52
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    表 4  优化的元素测量条件

    Table 4.  Optimal measurement conditions of the elements

    元素及分析谱线 分光晶体 2θ(°) 计数时间(s) 脉冲高度 衰减器 准直器 探测器
    谱峰 背景 谱峰 背景
    Na Kα RX-25 46.56 48.90 8 4 110~320 1/1 S4 PC
    Mg Kα RX-25 38.30 39.75 6 3 90~330 1/1 S4 PC
    Al Kα PET 144.58 - 4 - 110~320 1/1 S2 PC
    Si Kα PET 109.01 - 4 - 110~310 1/10 S4 PC
    P Kα Ge 141.06 143.30 10 5 70~300 1/1 S4 PC
    K Kα LiF1 136.62 - 4 - 110~290 1/1 S4 PC
    Ca Kα LiF1 113.11 - 4 - 110~300 1/10 S4 PC
    Ba Lα LiF1 87.19 88.54 10 5 110~310 1/1 S4 PC
    Ti Kα LiF1 86.13 - 5 - 90~400 1/1 S2 SC
    V Kα LiF1 77.02 74.32 20 10 110~290 1/1 S4 PC
    Cr Kα LiF1 69.35 74.32 20 10 140~310 1/1 S4 PC
    Mn Kα LiF1 62.96 - 5 - 90~400 1/1 S2 SC
    Fe Kα LiF1 57.51 - 4 - 90~380 1/10 S2 SC
    Co Kα LiF1 52.78 53.86 20 10 90~360 1/1 S2 SC
    Ni Kα LiF1 48.65 49.70 20 10 100~310 1/1 S2 SC
    Cu Kα LiF1 45.01 46.60 20 10 80~350 1/1 S2 SC
    Zn Kα LiF1 41.78 42.50 8 4 90~340 1/1 S2 SC
    Ga Kα LiF1 38.90 39.50 10 5 80~330 1/1 S2 SC
    As Kα LiF1 33.92 35.24 14 7 80~330 1/1 S2 SC
    Pb Lβ1 LiF1 28.24 29.60 20 10 90~300 1/1 S2 SC
    Th Lα LiF1 27.46 29.60 30 15 80~310 1/1 S2 SC
    Rb Kα LiF1 26.60 25.80 4 2 80~310 1/1 S2 SC
    Sr Kα LiF1 25.13 25.80 4 2 70~320 1/1 S2 SC
    Y Kα LiF1 23.77 24.50 10 5 80~320 1/1 S2 SC
    Zr Kα LiF1 22.52 23.00 6 3 80~310 1/1 S2 SC
    Nb Kα LiF1 21.38 23.00 10 5 90~310 1/1 S2 SC
    Bi Lα LiF1 32.99 35.24 10 5 80~300 1/1 S2 SC
    Rh Kαc LiF1 18.44 - 8 - 80~300 1/1 S2 SC
    Rh Kα LiF1 17.55 - 8 - 70~300 1/1 S2 SC
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    表 5  方法准确度实验数据

    Table 5.  Accuracy tests of the method

    组分 测试项目 GBW
    07402
    GBW
    07404
    GBW
    07424
    GBW
    07426
    GBW
    07429
    认定值(%) 1.62 0.11 2.13 1.99 1.25
    Na2O 测定值(%) 1.82 0.12 2.01 1.73 1.22
    相对误差(%) 12.3 9.1 -5.6 -13.1 -2.4
    认定值(%) 1.04 0.49 1.31 2.41 1.78
    MgO 测定值(%) 1.11 0.49 1.41 2.59 1.8
    相对误差(%) 6.7 0.0 7.6 7.5 1.1
    认定值(%) 10.31 23.45 13.8 13.27 15.27
    Al2O3 测定值(%) 10.14 23.48 13.74 12.71 14.95
    相对误差(%) -1.6 0.1 -0.4 -4.2 -2.1
    认定值(%) 73.35 50.95 65.5 60.01 63.63
    SiO2 测定值(%) 72.43 49.49 64.71 59.21 64.12
    相对误差(%) -1.3 -2.9 -1.2 -1.3 0.8
    认定值(%) 2.54 1.03 2.65 2.61 2.35
    K2O 测定值(%) 2.47 1.05 2.67 2.68 2.38
    相对误差(%) -2.8 1.9 0.8 2.7 1.3
    认定值(%) 2.36 0.26 2.62 5.83 1.54
    CaO 测定值(%) 2.35 0.29 2.72 5.92 1.64
    相对误差(%) -0.4 11.5 3.8 1.5 6.5
    认定值(%) 3.52 10.3 4.17 4.7 6.44
    TFe2O3 测定值(%) 3.46 10.44 4.29 4.76 6.39
    相对误差(%) -1.7 1.4 2.9 1.3 -0.8
    认定值(μg/g) 446 695 496 708 558
    P 测定值(μg/g) 432.7 678.8 535.4 703.7 558.2
    相对误差(%) -3.0 -2.3 7.9 -0.6 0.0
    认定值(μg/g) 930 213 614 493 718
    Ba 测定值(μg/g) 922.6 231.1 606.4 470.2 744.4
    相对误差(%) -0.8 8.5 -1.2 -4.6 3.7
    认定值(μg/g) 2710 10800 4210 3950 5310
    Ti 测定值(μg/g) 2800.1 11246.8 4274.4 3936.5 5424.9
    相对误差(%) 3.3 4.1 1.5 -0.3 2.2
    认定值(μg/g) 62 247 75 86 119
    V 测定值(μg/g) 64.2 252.8 69.4 87.7 119.8
    相对误差(%) 3.5 2.3 -7.5 2.0 0.7
    认定值(μg/g) 47 370 58 59 87
    Cr 测定值(μg/g) 47.8 377.9 57.9 64.3 86.2
    相对误差(%) 1.7 2.1 -0.2 9.0 -0.9
    认定值(μg/g) 510 1420 682 776 964
    Mn 测定值(μg/g) 519.4 1515.2 718.4 772.4 985.8
    相对误差(%) 1.8 6.7 5.3 -0.5 2.3
    认定值(μg/g) 8.7 22.3 11.7 12.6 17.6
    Co 测定值(μg/g) 8.5 22.5 11.4 12.8 17.9
    相对误差(%) -2.3 0.9 -2.6 1.6 1.7
    认定值(μg/g) 19.4 64 25.9 32.4 41.5
    Ni 测定值(μg/g) 18.4 64.1 25.5 32.3 39.7
    相对误差(%) -5.2 0.2 -1.5 -0.3 -4.3
    认定值(μg/g) 16.3 40 19.3 29 36.8
    Cu 测定值(μg/g) 17.3 41.3 20.4 30.1 38.4
    相对误差(%) 6.1 3.2 5.7 3.8 4.3
    认定值(μg/g) 42 210 60 78 94
    Zn 测定值(μg/g) 39.6 215.3 59.8 75.9 92.5
    相对误差(%) -5.7 2.5 -0.3 -2.7 -1.6
    认定值(μg/g) 12 30.6 18.2 16.9 20.5
    Ga 测定值(μg/g) 12 30.2 17.7 16.8 20.1
    相对误差(%) 0.0 -1.3 -2.7 -0.6 -2.0
    认定值(μg/g) 20 58 22.4 18.9 37.8
    Pb 测定值(μg/g) 19.5 55.2 24.7 20.2 38.6
    相对误差(%) -2.5 -4.8 10.3 6.9 2.1
    认定值(μg/g) 88 75 108 94 116
    Rb 测定值(μg/g) 86.8 73.9 107.7 93.3 115.5
    相对误差(%) -1.4 -1.5 -0.3 -0.7 -0.4
    认定值(μg/g) 187 77 226 239 116
    Sr 测定值(μg/g) 182 78.4 231.6 239.5 114.8
    相对误差(%) -2.7 1.8 2.5 0.2 -1.0
    认定值(μg/g) 22 39 26.5 26.5 32.7
    Y 测定值(μg/g) 20.7 39.2 26.5 26 32.9
    相对误差(%) -5.9 0.5 0.0 -1.9 0.6
    认定值(μg/g) 219 500 349 195 272
    Zr 测定值(μg/g) 203.9 513.1 347.9 190.9 277.3
    相对误差(%) -6.9 2.6 -0.3 -2.1 1.9
    认定值(μg/g) 27 38 16.5 12 18.5
    Nb 测定值(μg/g) 27.5 38.2 15.5 12.3 19.5
    相对误差(%) 1.9 0.5 -6.1 2.5 5.4
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出版历程
收稿日期:  2018-01-30
修回日期:  2018-07-30
录用日期:  2018-08-10

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