X射線熒光光譜分析

X射線熒光光譜分析實驗報告院系：地球科學(xué)系專業(yè)：地質(zhì)學(xué)年級：2011級實驗人姓名：王璐 學(xué)號：11305060參加人姓名：徐嘉華（組長）、梁毅恒、董柳憶、程建旭指導(dǎo)老師：彭卓倫、黃卉、張俊浩報告日期：2013年門月24日實驗?zāi)康摹繉W(xué)握X射線熒光光譜分析原理及儀器結(jié)構(gòu)：掌握XRF分析中對地質(zhì)樣品預(yù)處理方法；了解X射線熒光光譜分析過程中可能的誤差來源?！緦嶒炘怼縓RF儀器由激發(fā)源（X射線管）和探測系統(tǒng)構(gòu)成。X射線管產(chǎn)生入射X射線（一次射線），激勵被測樣品。樣品中的每一種元素會放射出的二次X射線，并且不同的元素所放出的二次射線具有特定的能量特性。探測系統(tǒng)測量這些放射出來的二次射線的能最及數(shù)最。然后，儀器軟件將控測系統(tǒng)所收集的信息轉(zhuǎn)換成樣品中的各種元素的種類及含最。利用X射線熒光原理，理論上可以測最元素周期表中的每一種元素。在實際應(yīng)用中，可測得原子序數(shù)5-92的元素。【化學(xué)試劑】酒精（擦拭）、L12B407（溶劑）、LiBr（脫模劑）、稀鹽酸（清洗）、去離子水（清洗）。［使用儀器］使用儀器主要有：X-射線熒光光譜儀、瑪瑙研缽、天平、烘箱、干燥器、馬弗爐、XRF專用鉗金堆堀、超聲波清洗器、熔樣機、瓷堆坍、塑料膠袋、塑料瓶。表1、主要儀器信息儀器名不稱 —生E產(chǎn)公司—|―4-— /\ |型號 X射線熒光光譜儀本Rigaku公司ZSXprimus型電熱鼓風(fēng)干燥箱上海-怛科技有限公司， 廠1 .la 人\『Lirn 一/一 —"I （\ 、DHG-9070A型馬弗爐上海實驗儀器廠有限公司SX2-5-12型熔樣機北京靜遠科技有限公司AnalymateV8C型數(shù)控超聲波清洗器昆山市超聲儀器有限公司KQ-300DE型【實驗步驟】、地質(zhì)樣品XRF前處理1、研磨樣品用瑪瑙研缽將樣品粒度研磨至200目以下，以便進行后面操作。2、烘干樣品（1）酒精棉花清洗瓷州坍3次，干燥后于天平上，歸零，稱最空瓷址塀質(zhì)量mO,寫下XRF稱樣記錄。（2）稱取樣品（粒度＜200g），約2-3克1OO°C在烘箱內(nèi)烘2小時，取出后保存在藍色硅膠的干燥器中。1-2小時待樣品完全冷卻后，稱量樣品和堆坍合重ml,填寫在記錄表上。稱完后，重新放回干燥器中，8小時后備做其它化學(xué)實驗。若樣品放置了1個月需要重新烘樣。注意：嚴禁在濕度大于70%的天氣做燒失量：燒失最前請清潔爐內(nèi)外衛(wèi)生，用于燒失最的樣品必須是100C烘過的樣品；稱樣時一次取出5個樣品，稱完再稱卜一組，以免經(jīng)常打開干燥器，使樣品吸潮：取出樣品過程中請務(wù)必小心，謹防燙傷：升溫過程及恒溫期間，請隨時關(guān)照馬則爐，以防電路失控。3、灼燒樣品將裝樣品的瓷覽坍取出，放入馬冊爐中，升溫至950°Cc950°C灼燒2小時后取出，稍微冷卻（手放在坦塀上方106仏不烘手），放入干燥器中冷卻2-2.5小時（嚴禁超過3小時），稱樣品與堆坍合重m2。將樣品倒于干凈的塑料膠袋中（留做XRF玻璃片用），衛(wèi)生紙擦打干凈覽內(nèi)殘余樣品。嚴禁在濕度大于70%的天氣做燒失量：燒失量前請清潔爐內(nèi)外衛(wèi)生，用于燒失量的樣品必須是1OCTC烘過的樣品；稱樣時一次取出5個樣品，稱完再稱卜一組，以免經(jīng)常打開干燥器，使樣品吸潮収出樣品過程中請務(wù)必小心，謹防燙傷：升溫過程及恒溫期間，請隨時關(guān)照馬必:爐，以防電路失控。4、XRF玻璃片制作稱0.57g(0.565-0.575g)燒失后保留的樣品于塑料瓶中，再稱8倍L12B407熔劑于塑料瓶中,寫上樣品編號，蓋好，爲(wèi)搖，使樣品與熔劑混勻。加2滴LiBr脫模劑于XRF專用鉗金坨堀中，倒入混合樣品，以數(shù)滴去離子水沖洗塑料杯，溶液倒入鉗金W.擦干凈堆堀邊，1150C熔融，制成玻璃片。熔樣結(jié)束后，用堪圳釬將ttt埸夾到一旁的桌面上。冷卻的塩覽反扣于桌面，用圮覽釬輕磕坦埸底部倒出樣品，在玻璃樣品向空氣一面匕寫樣品號，備XRF測定樣品的主最元素。每做完一批樣品，將鉗金ttt城置于稀鹽酸中，用超聲波清洗器清洗。清洗完之后將圮堀放置干去離子水中，再用去離子水沖洗，擦干，接著做下一批樣品。嚴禁敲打及用硬物刮鉗金堆堀，保證址堀無任何變形：熔樣堆城放入爐位時，平邊上嚴禁有樣品及試劑殘留，熔融溫度不要超過1300度，否則可能融化堆圳；請勿改動任意設(shè)置參數(shù)；樣品沒有冷卻請勿取出，注意安全。二、 X射線熒光光譜儀檢測本次試驗的標(biāo)準(zhǔn)曲線已由老師事先分析11個已知樣品倉量的標(biāo)準(zhǔn)樣品制得，所以我們只需要將玻璃熔片放入X射線熒光光譜儀中檢測，得到熒光譜的強度，與標(biāo)樣曲線對比，即可得到地質(zhì)樣品中巖石主最元素含呈的數(shù)據(jù)。三、 樣品數(shù)據(jù)的處理與分析根據(jù)樣品中所測主量元素的含量與燒失量，分析其巖性特征。其具體情況如下【樣品數(shù)據(jù)記錄與處理】、【結(jié)果與討論】所示?！緦嶒灁?shù)據(jù)記錄和處理】本次實驗數(shù)據(jù)主要由倆部分構(gòu)成。一是實驗進行預(yù)處理過程中稱樣數(shù)據(jù)：①由灼燒前后質(zhì)量 的變化測最樣品的燒失量；②由樣品的質(zhì)最稱得熔劑質(zhì)最。二是由X射線分析的樣品主最元素數(shù)據(jù)。本小組測有三個樣品，分別編號Jl-3、J23、J3-3o其數(shù)據(jù)如卜列表、圖所示：

表2、實驗時稱童記錄表樣品批次編號：XRF016-1 送樣人：第—組 日期：2013114號樣品號巖性隸取樣品M3(g)烘干后樣品和瓷圮竭合重ml(g)灼燒后樣品和瓷堆昭重m2(g)灼燒后樣品M&(g)熔劑質(zhì)量(g)空瓷塩堀質(zhì)彊mO(g)燒失量％LOI=(ml-m2)wl00/(ml-mO)1J1-3耒矢U30830819563281949625 05712045692316517042.20J2-3未知305435207207820.70539 0570744.5656517667680.503J3-3未知302815203596220.35264 0573534.5885417333890.23表3.XRF分析數(shù)據(jù)廣東省地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查畫點實驗室XRF分析報告單分析方法：XTH錢艾丸光褂儀(XRF)送樣人：我學(xué)丸第3組 分析人：fA 分析時同：2013.11.08序號巖性SQ】昭NajOKQCaOMrfDFejOjtTOjPQLOITotal備注1J1-3耒矢U476317943126410779720.169831900352.2010003*)J2-3耒矢U673015.313451.333213.210.104790630170.5010000■J3-3未知708514713000485991750.062.470300150.2310000it：FR03t是抬個鐵如以Fe?03形式農(nóng)示：LODfi燒失如圖1、J1-3樣品氧化物含量條形圖60.005000含呎小30,00%J20.0060.005000含呎小30,00%J20.0010.000.00J1-3t■■■1I圖2、J2-3樣品氧化物含量條形圖%ft亠40.0080,0060.00含50.0(}20.0010.007100圖3、J33樣品氧化物含量條形圖")2”%ft亠40.0080,0060.00含50.0(}20.0010.007100圖3、J33樣品氧化物含量條形圖")2”廠匚80.000.000.0030,0020.000.000.00辭皿農(nóng)卅氧化物【結(jié)果與討論】一、三個樣品化學(xué)成分分析及推論1、巖性分析根據(jù)表3三個樣品主量元素的含屋都屬于火成巖這一大類?，F(xiàn)根據(jù)以卜幾個指標(biāo)對樣品更加具體地進行分類。表4、火成巖化學(xué)成分含量大致范圍氧化物SiO2A1203CaOMgOFe203tNa2O+K2OTi02P205MnO含量(%)34-7510-200-151-150.5-150-150-20-0.50-0.3

酸度分析酸度即巖石！SiO2的含量。SiO2在主量元索中含屋敲高，對火成巖的物理化學(xué)性質(zhì)影響最大。根據(jù)SiO2的含量可分為：超基性巖(Si02v45%)、基性巖(45%vSiO2v52%)、中性巖(52%vSiO2v63%)、酸性巖(Si02>63%)。三個樣品的SiO2的含量分別為47.63%、67.30%和70.85%根據(jù)上述分類，分別屬于基性巖、酸性巖相酸性巖〉全堿和堿度全堿(Aik)指的是Na20+K20在巖漿中的含最，而巖石中堿的飽和程度稱為堿度。2確定火成巖堿度最方便的指標(biāo)是里特曼指數(shù)6:(Na2O+K2O)/(Si02-43)(wB,%)。0越人，堿性程度越強。6<3.3者稱為鈣堿性巖，0=3.3-9者稱為堿性巖，6>9者為過堿性巖。三個樣品的。值分別為4.2、1.8和2.9,根據(jù)上述分類，分別屬于堿性巖.鈣破性巖和鈣堿性巖.鋁飽和指數(shù)(ASI或A/CNK值)鋁飽和指數(shù)一般指在花崗巖類巖石研究中，A12O3分子數(shù)與Ca0+Na20+K20分子數(shù)之和的比值。A/CNK>1.0稱為過鋁質(zhì)巖石：A/CNKV1,Ca0+Na20+K20>A1203>Na20+K20稱為準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石,A1203vNa20+K20的巖石稱為過堿質(zhì)巖石。三個樣品的鋁飽和指數(shù)為0.76、1.02和1.01,J1-3中A1203VNa20+K20,為過堿質(zhì)巖石、其他倆個均為過鋁質(zhì)巖石。燒失量饒矢尿是指樣品在1000-1100-C灼燒后失去的重量百分比。主要原因是因為樣品灼燒過程中排除結(jié)晶水、二氧化碳、二氧化硫等物質(zhì)。燒失量可反映樣石的新鮮程度。一般來說LOIV2%-2.5%代表巖石較新鮮。三個樣品中LOI分別為2.20%、0.50%、0.23%,J1-3的燒失量略高，不過也還算是在正常范圍內(nèi)，J2?3、J3?3都在正常范圍內(nèi)。表5、分析結(jié)果分依據(jù)全堿和堿度鋁飽利系數(shù)J1-3基性巖堿性巖過堿質(zhì)巖J23酸性巖鈣堿性巖過鋁質(zhì)巖J33酸性巖鈣堿性巖過鋁質(zhì)巖2、礦物分析化學(xué)成分與礦物成分有密不可分的關(guān)系。雖然溫度和壓力對巖石的礦物共生組介有一定的控制作用，但最主要的控制因素是化學(xué)成分。在前面的巖性討論中己經(jīng)求出了三個樣品的堿度和鋁飽和指數(shù)，我們下面的討論也可以得以順利展開：J1-3：J1-3為基性巖，其氏、Mg、Al、Ca的含量都高于J2-3.J3~3,而相比較超基性巖，J1-3中Ca和A1的含量又大于Mg和氏的含量，推測礦物成分以輝石和斜長石為主。因其屬于堿性系列巖石，推測堿性長石(鈉長石、歪長石或K長石)普遍分布，黑云母常見。根據(jù)鋁飽和系數(shù)，推測其可能出現(xiàn)霓石、鈉閃石、鈉鐵閃石等堿性暗色礦物。J2-3、 J3-3：J2-3、J3-3在巖性上差別較小。均為酸性巖、鈣堿性巖、過鋁質(zhì)巖。根據(jù)化學(xué)成分與礦物組合的對應(yīng)關(guān)系，推測它們的主要礦物為斜長石和石英，并町能出現(xiàn)石榴子石、白云母、剛玉、紅柱石等富鋁礦物，不出現(xiàn)貧硅富鈣的礦物。二、 方法討論丄、熔融法本實臉在樣品的制備過程中選収的玻璃熔片法（熔融法）。玻璃熔片法是在樣品中加入一定量的熔劑，在一定的溫度下，樣品熔融和熔劑形成固熔體。該方法的優(yōu)點有：消除待測元素的化學(xué)態(tài)效應(yīng)岡為待測元素的原子不是存在于自由空間，而是在其化合物的一定晶格中運動，因而化合態(tài)的差異，將引起譜線能量的改變。采用熔融法將樣品熔解于適當(dāng)?shù)娜蹌┲?，貝恠同向的同一基體中，可得同一結(jié)構(gòu)的待測元素化合物，從而消除了元素的化合態(tài)影響。消除樣品的粒度效應(yīng)單純的機械研磨，是不能完全排除粒度效應(yīng)的。而硬質(zhì)粉末町溶在適當(dāng)?shù)娜蹌┊?dāng)中，從而消除了粒度效應(yīng)。降低或消除樣品的吸收増強效應(yīng)由于過最熔劑對樣陽的高度稀釋，經(jīng)熔融后，所有的試樣都接近于一個統(tǒng)一的組成和密度，即以熔劑為主的組成和密度，故樣品的吸收-增強效應(yīng)就可以人人降低，甚至消除。熔融物經(jīng)研磨壓片或澆策成片，便于進行測定和保管熔融法也存在著一定的缺點，主要是樣品的高倍稀釋和散射本底的增加，測試分析線的凈強度降低，給輕元素或低含量元素的測定帶來困難。另外熔融樣品也比較費時，并不能保證百分之百的成功率。2、 熔劑的選擇正確的選擇和使用熔劑是熔融法的關(guān)鍵。選用熔劑的要求是：分析試樣能很快地完全熔解于熔劑中：熔融物容易從堀塀中取出或倒出，剝離性好；便于下一步的樣品制備，即便于熔片；熔劑中不應(yīng)有待測元素或干擾元素；制備好的試樣具有一定的機械強度，穩(wěn)定，不易破裂和吸水，便于保存；能夠獲得足夠高的分析線強度。本次實驗釆用的熔劑是常用的四硼酸鋰，熔點930°C,是弱堿弱酸鹽，M以熔解堿性強的物質(zhì)，但作用較慢。3、 圮坍的選擇本次實驗選用的是Pt-Au合金堆圳。鉗金坦城和四硼酸鋰熔融物間具有良好的剝離性，而II.加入了少量的鹵族尤素的堿金屬化合物L(fēng)iBr，進一步改善了其剝離性能，使所得的玻璃體熔融物十分完全地與容器剝離。但是，這種合金較軟，容器在短時間內(nèi)承受很人的溫度變化，經(jīng)過多次熔融后，容易使底部形成凸面。為容器底部形成凸面后，樣品照射面下凹，這就容易影響強度測最。為此，口J將堪埸放在一對特制的鋼模之間，用液床機床半，以恢復(fù)其原形。需要注意的是，鉗金堆堀長期使用后內(nèi)表面變糙，使玻璃片表面光潔度降低，并使趕V泡困難、難以脫模。因此需要定期拋光，必要時重新加工。三、 誤差分析本次實驗結(jié)果主量兀素和要求在98%?101%Z間。本二個樣品測得的主量兀索和分別為7/8100.4