粉末样品中元素成分检测方案(能散型XRF)

安科慧生|掌握XRF硬核技术 单波长X射线荧光光谱仪与快速基本参数法一矿产冶炼元素分析中的应用 应用概述 矿石冶炼企业从矿石原料、半成品到产品的生产过程中，元素含量是各个工艺阶段必须进行严格质量控制的核心指标。矿产企业实验室通常有多种元素分析方法，化学滴定、原子吸收分光光度计、等离子体发射光谱仪，这类方法通常需要对样品进行复杂的前处理，增加测试人员负担，分析周期长，时效性差。X射线荧光光谱仪是元素分析手段之一，但通常情况下采用经验系数法建立校准曲线困难复杂，对操作人员技术水平要求高，在样品来源复杂和元素含量宽时，往往得不到高精度的分析结果。 北京安科慧生专业研制单色化聚焦激发-能量色散X射线荧光光谱仪(HS XRF)与快速基本参数法(FastFP)，大幅提升元素分析精度和方法开发的方便性，为各类矿产冶炼样品的元素分析带来新的应用前景。 二、 方法原理 1) 单波长X射线荧光光谱仪原理 单波长X射线荧光光谱仪(HSXRF@)采用全聚焦型双曲面弯晶技术，全聚焦型双曲面弯晶将×射线光管出射谱中靶材特征射线单色化衍射并聚焦到样品一点，大幅降低×射线管出射谱中连续散射线背景对样品元素谱的干扰，提升元素检测信噪比，相对传统 XRF 检出限降低1-2个数量级，单波长×射线荧光光谱仪从而实现对微量和痕量元素的检测分析。 2)快速基本参数法 基本参数法(FP)是 XRF定量分析的一项前沿技术，其通过对×射线荧光物理学明确的物理现象建立基本参数库和系列数学模型，经过大量计算直接得到样品中各元素的含量，解决了 XRF 基体效应、元素间吸收增强效应、谱线重叠干扰、探测器各种效应等对定量分析的复杂性和不确定性，实现欠缺标准样品情况下的样品元素定量分析。 北京安科慧生研发的快速基本参数法：(Fast FP) 不仅采用基本参数库，同时建立系列的先进数学模型，从而使得基本参数法提升到定量分析水平，在样品适应性、定量精度、扩展性等方面处于国际领先地位。 三、 应用案列 1) 案例一：金川集团各类样品元素分析应用 1.1样品种类与元素类型 样品类型 测试元素 氯气浸出尾料 Ni Cu Fe Co Pb Zn As 一段浸出尾料 Ni Cu Fe S Co Pb Zn Sb 除铁尾料 Ni Cu 除铜尾料 Ni S 二段浸出料 Ni Cu Fe S Co Na 尾矿 Ni Cu 海绵铜 Ni Cu S 镍精矿 Ni Cu Co MgO 高品位精矿 Ni Cu MgO 高硫阳极泥 NiZn 二段原矿 Ni Cu 高镍硫 Ni Cu Fe Co S 硅石 Si 白烟灰 Cu Zn S As Pb Sb 贵金属 Au Ag Pd Pt Os Ir Rh 针对以上样品，快速基本参数法 (FastFP))可以依赖少量(3-5个)定值或标准样品快速开发相关分析方法，得到高精度的定量结果。 1.2校准曲线 元素 Ni -3.2%+1.307*x >0.999 35~65 Cu 0.49%+1.205*x >0.999 3~40 Fe -0.119%+1.23*x >0.999 1~15 Co -0.081%+0.837*x >0.99 0~2 S -1.7%+1.11*x >0.99 18~33 参与校正的样品给定值与 Fast FP 计算值非常出色的线性，标示对目标元素可以得到精确的定量结果。 1.3测试精度对比 金川镍矿石样品Ni含量测定结果相关性 80 70 V=0.9958x+0.0654 R2=1 60 15 10 10 15 20 25 30 35 40 测试值 元素 线性相关性 含量范围 相对偏差范围(%) 范围评价 Ni >0.999 0~70 -5~5 宽 Cu >0.999 0~90 -12~12 宽 Fe >0.98 0.5~3.5 -6.5~6.5 窄 Co >0.94 0.5~1 -9~9 窄 S >0.95 18~33 -4.6~4.6 较窄 1.4结论 单波长X射线荧光光谱仪与快速基本参数法针对各种类型的矿产样品，可以快速建立分析方法，快速基本参数法通过对基体效应、元素吸收增强效应的精确计算，消除各种干扰所带来的分析误差，计算值与标准值(某些情况是给定值)有着极佳的线性关系，从而达到精确定量分析的目的。 2)案例二：铁矿石杂质元素含量分析 2.1线性 图1二氧化硅 校正曲线(0 .158-2 7.88%) 图2氧化铝校正曲线(0.07-5.8%) 图3氧化钙校正曲线(0.11-14.46%) 图4氧化镁校正曲线(0.3-4.9%) 图5磷含量曲线(0.02-0.57%) 图6锰含量曲线(0.02-2.98%) 图7铁含量校正曲线(30-70%) 元素 曲线次级 曲线方程 曲线范围(%) 二氧化硅 二次 y=0.0012x²+0.8976x-0.2157 0.9999 0.158-27.88 氧化铝 二次 y=-0.0068x²+0.9931x-0.5814 0.9987 0.07-5.8 氧化钙 二次 v=-0.0009x²+0.8465x-0.1527 0.9997 0.11-14.46 氧化镁 一次 y=1.0097x-0.0734 0.9994 0.3-4.9 磷 一次 y=0.938x-0.0017 0.9988 0.02-0.57 锰 一次 v=0.9941x-0.0116 0.9998 0.02-2.98 铁 一次 y=0.9733x+3.4438 0.9997 30-70 2.2精密度 元素 含量范围(%) RSD (%) 氧化铝 0.45-1.8 1.13-4.30 氧化钙 0.3-1.0 1.16-3.83 氧化镁 1.5-3.4 2.6-5.60 磷 0.04-0.12 1.94-6.91 锰 0.04-0.57 0.48-4.52 铁 55-67 0.09-0.12 2.3准确度 选取不同国别不同梯度样品13个，与实验室大型波长色散X射线荧光进行结果比对，见下表。结果表明，单波长X射线荧光光谱仪检测铁、镁、铝、硅、磷、钙、锰结果与大型波长色散X荧光相吻合。 表： WD XRF 与 HS XRF 检测结果对比表 编号 Fe(%) AI2O3(%) SiO2(%) CaO(%) P(%) Mn (%) HS XRF WDXRF HS XRF WDXRF HSXRF WDXRF HSXRF WDXRF HSXRF WDXRF HSXRF WDXRF P-1 58.39 58.13 2.75 2.71 5.25 5.34 0.068 0.066 0.08 0.090 0.682 0.697 P-2 59.38 59.30 1.97 1.93 10.50 10.50 0.070 0.083 0.04 0.046 0.213 0.220 P-3 65.56 65.09 1.37 1.33 1.62 1.63 0.044 0.034 0.09 0.089 0.169 0.177 P-4 61.82 61.54 2.40 2.34 3.99 4.00 0.071 0.070 0.11 0.111 0.092 0.097 P-5 57.00 56.79 6.16 6.20 6.21 6.25 0.089 0.087 0.07 0.064 0.072 0.078 P-6 56.64 56.68 4.61 4.52 8.03 7.97 0.220 0.213 0.07 0.073 0.402 0.412 P-9 62.37 62.19 4.21 4.16 5.02 5.09 0.669 0.673 0.06 0.074 0.307 0.312 澳大利亚 63.96 63.68 0.97 0.95 3.19 3.21 0.317 0.312 0.07 0.069 0.151 0.160 巴西 62.48 62.57 1.26 1.26 5.53 5.53 0.396 0.402 0.04 0.038 0.575 0.584 南非 65.16 65.29 0.69 0.70 0.74 0.79 0.923 0.928 0.12 0.119 0.194 0.200 伊朗 67.02 67.28 0.46 0.46 2.56 2.53 0.872 0.892 0.05 0.054 0.042 0.045 四、 特点优势 1. 朽样品处理简单 一般采用压片法或者直接制样法制样，样品制样快速简单； 2. 方法开发迅速 在无标准样品或少量标准情况下，对各类样品可以迅速完成方法开发； 3. 分析精度高 单波长×射线荧光光谱仪可以完成从常量到微量元素含量分析，经过方法开发和校正，达到对元素精确定量分析； 4. 检测速度快 单个样品仪器检测时间150秒~600 秒； . 配置自动进样单元 PHECDA-HES 配置30位自动进样单元，可以完成连续进样分析； 6.可现场分析 PHECDA-ECO/PRO可以完成各种现场各类样品的分析； 五、 方案配置 单波长X射线荧光光谱仪 PHECDA-HES(台式机) 单波长X射线荧光光谱仪 PHECDA-ECO(便携式) 高灵敏度X射线荧光光谱仪 MERAK-CEMII 快速基本参数法(FastFP) 声明：以上资料的数据和技术信息，属于北京安科慧生科研成果与原创，未经许可，不得在网络等媒体转发和公开! 北京安科慧生科技有限公司Beijing Ancoren Science&Technology Co.，ltd 相较于波长色散X射线荧光分析仪与经验系数法的解决方案，HS XRF与Fast FP的组合让矿产冶炼生产管理的应用分析的拓展性更广泛，实用性更好。详细内容请参看分析解决方案。