Giới thiệu

Phổ tán sắc bước sóng tia X (WD-XRF) cho phép đo lường đến 83 nguyên tố của bảng tuần hoàn trong các mẫu có định dạng và tính chất khác nhau: chất rắn hoặc chất lỏng, dẫn điện hoặc không dẫn điện. Các ưu điểm của XRF so với các kỹ thuật khác là tốc độ phân tích nhanh, quá trình chuẩn bị mẫu thường dễ dàng, ổn định rất tốt, độ chính xác cao và phạm vi động rộng (từ mức ppm đến 100%).

Độ chính xác của phân tích các bột có thể bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng kích thước hạt và hiệu ứng khoáng học. Mặc dù các hiệu ứng không đồng nhất và kích thước hạt thường có thể được giảm thiểu bằng cách nghiền dưới 50 micron và tạo viên nén ở áp suất cao, nhưng thường thì các hiệu ứng khoáng học không thể loại bỏ hoàn toàn hoặc các hạt cứng không thể bị phá vỡ dưới kích thước yêu cầu.

Việc nung chảy các vật liệu oxit là cách tốt nhất để hoàn toàn loại bỏ cả hiệu ứng kích thước hạt và hiệu ứng khoáng học. Đơn giản, quy trình này bao gồm việc làm nóng hỗn hợp mẫu và flux borat, cụ thể là lithium tetraborate và/hoặc lithium metaborate ở nhiệt độ cao (1000°-1200°) để flux tan chảy và hòa tan mẫu. Tổng thể, thành phần và điều kiện làm lạnh phải sao cho sản phẩm cuối cùng sau khi làm lạnh là thủy tinh một pha.

Máy quang phổ phát xạ tia X – ARL™ 9900 của Thermo Scientific™ có thể được hiệu chuẩn từ nhà máy như một gói phân tích hoàn chỉnh cung cấp khả năng phân tích một loạt các khoáng vật (Hình 1), sử dụng hiệu chuẩn oxit chung dựa trên việc chuẩn bị mẫu bằng quá trình nung chảy (Hình 2).

Phân tích tổng oxit và kết quả

Các loại oxit được đề cập và dải tập trung của chúng được hiển thị trong Bảng 1. Một đường hiệu chuẩn được thiết lập cho mỗi nguyên tố bằng cách sử dụng phương pháp hồi quy đa biến được tích hợp trong phần mềm Thermo Scientific™ OXSAS™ cải tiến. Các hệ số alpha lý thuyết được sử dụng cho tất cả các sự sửa đổi ma trận. Giá trị mất mát khi đốt (loss on ignition), lan tràn lên đến 47%, có thể được sử dụng cho mục đích sửa đổi trong hồi quy đa biến. Sai số tiêu chuẩn của ước lượng (SEE) là một chỉ số đo độ chính xác của phân tích. Đó là sai số trung bình giữa nồng độ được chứng nhận của các mẫu chuẩn và đường cong hiệu chuẩn cho một oxit cụ thể.

Bảng 1: Phạm vi nồng độ của các loại oxit khác nhau với Sai số ước tính tiêu chuẩn (SEE) đạt được.

Elements	Range [%] ignited samples	SEE [%]
Al2O3	0.04 – 89.2	0.16
CaO	0.006 – 94.4	0.32
Cr2O3	0.05 – 17.2	0.03
Fe2O3	0.05 – 93.9	0.15
K2O	0.06 – 15.4	0.03
MgO	0.03 – 96.7	0.22
MnO	0.01 – 5.2	0.03
Na2O	0.03 – 10.06	0.05
P2O5	0.01 – 37.83	0.15
SO3	0.015 – 2.95	0.05
SiO2	0.26 – 99.9	0.23
TiO2	0.01 – 3.8	0.03

Các giới hạn của phát hiện (LOD) xác định với các thử nghiệm chính xác ở nồng độ thấp được liệt kê trong Bảng 2 cho các oxit khác nhau khi sử dụng goniomet đa năng. Thời gian phân tích cho mỗi nguyên tố có thể dao động từ 4 đến 40 giây tùy thuộc vào nguyên tố và độ chính xác yêu cầu. Rõ ràng thời gian tổng cộng có thể được giảm đáng kể khi sử dụng monochromators kênh cố định cho một số nguyên tố/oxit.

Bảng 2: Giới hạn phát hiện điển hình trên Dòng ARL 9900 Intellipower trong 100s thu được trên các oxit khác nhau (dung hợp với độ pha loãng 1:12).

	3600 W (3σ) [ppm]	2500 W (3σ) [ppm]	1200 W (3σ) [ppm]
CaO	12	14	20
SiO2	13	15	22
Al2O3	32	38	55
Fe2O3	12	14	20
MgO	74	89	128
Na2O	143	172	248
SO3	17	20	29
K2O	10	12	17
P2O5	17	20	29
MnO	8	9	13
Cr2O3	7	8	12
TiO2	7	8	12

Chuẩn bị mẫu

Các mẫu chuẩn được sấy khô trước khi được nung như được hiển thị trong Hình 2. Các mẫu chuẩn được chuẩn bị từ bột đã được đốt hoặc chưa đốt thành các hạt nung kích thước 35 mm. Việc đốt được thực hiện trong một giờ ở 1050°C khi cần thiết. Quá trình nung được thực hiện từ 0.7 gram mẫu, 7.7 gram Fluorex 65 và 0.02 gram LiBr (phân bón 1:11) trên máy nung điện Katanax hoặc máy nung khí (Vulcan hoặc Fluxana).

Có hai loại chuẩn bị mẫu có thể được sử dụng:

1. Không đốt mẫu

Chuẩn bị nhanh chóng cho các oxit sạch

Độ thất thoát khi đốt được ước tính bằng phần mềm, do đó tất cả các nguyên tố phải được đo để sửa đổi tự động này hoạt động. Nếu có các nguyên tố/oxit khác ngoài 12 nguyên tố được đo, mất mát khi đốt nên được nhập vào bằng cách thủ công để cải thiện độ chính xác của phân tích. Lưu ý rằng việc nung từ các mẫu chưa đốt có thể gây hỏng chén Pt-Au trong trường hợp có hạt kim loại nhỏ trong mẫu.

2. Nung từ các mẫu đã đốt

Độ chính xác cao hơn và quá trình nung an toàn hơn

Mẫu được nung ở 1050°C trong 1 giờ và độ thất thoát khi đốt (LOI) của chúng được xác định. Các mẫu được chuẩn bị từ bột đã đốt thành các hạt nung kích thước 35 mm. Các mẫu đã đốt dễ dàng và an toàn hơn để nung, đặc biệt là trong trường hợp có các hạt kim loại nhỏ. Các mẫu được chuẩn bị bằng cả hai phương pháp XRD và XRF có thể được phân tích bằng các đường hiệu chuẩn tương tự.Điều chỉnh trước máy ở nhà máyViệc điều chỉnh trước máy của Máy phân tích tia X ARL 9900 có thể được thực hiện trực tiếp tại nhà máy trước khi giao máy phân tích tới khách hàng. Chúng tôi sử dụng các mẫu chuẩn được chứng nhận được chuẩn bị trên máy nung chảy điện Katanax hoặc máy nung chảy khí (Vulcan VAA2 hoặc Fluxana tùy thuộc vào sự lựa chọn của khách hàng). Không có mẫu chuẩn nào được giao kèm với quá trình điều chỉnh trước này, nhưng có một bộ sáu mẫu thiết lập ổn định và mài bóng để duy trì đường cong điều chỉnh qua thời gian.Một cách khác, một bộ 24 mẫu chuẩn quốc tế được chứng nhận của các vật liệu oxit có sẵn để cho phép khách hàng điều chỉnh thiết bị tại chỗ bằng cách sử dụng thiết bị chuẩn bị mẫu của riêng mình.

Kết luận

Các kết quả này cho thấy rằng các loại khoáng sản, nguyên liệu thô cũng như các sản phẩm oxit khác nhau có thể được phân tích với độ chính xác và độ lặp lại tốt bằng cách kết hợp phổ hấp xạ tia X phân tán bước sóng và phương pháp chuẩn bị mẫu là hạt nung chảy.Nhờ vào việc quản lý năng lượng thông minh, các máy phân tích tia X ARL 9900 Intellipower có thể hoạt động lên đến 2500 W mà không cần làm mát bằng nước bên ngoài. Do đó, không cần nước máy, cũng như không cần bộ làm mát nước trong những trường hợp này.Ở các cấp độ công suất cao hơn (3,6 kW hoặc 4,2 kW), tiết kiệm năng lượng và giảm căng thẳng trên ống tia X được đạt được nhờ vào quản lý thông minh của công suất ống tia X. Cấu hình của các máy phân tích tia X ARL 9900 Intellipower có thể được lựa chọn với một goniometer tuần tự duy nhất hoặc với việc thêm các kênh cố định để tăng tốc thời gian phản hồi.Hơn nữa, phần mềm phân tích OXSAS tiên tiến dưới Windows® 10 cung cấp các chức năng phân tích toàn diện và dễ sử dụng.

Nguồn:

Minh Khang là nhà phân phối và nhập khẩu trực tiếp các thiết bị X-ray hãng Thermo Fisher.