X射线荧光光谱分析法在地学研究中的应用进展综述

X射线荧光光谱分析法在地学研究中的应用进展综述

赵董琦阮仕琦

长安大学地球科学与资源学院陕西西安710054

摘要：本文介绍了X射线荧光光谱分析方法的基本原理，并从测试方法，制样方法这几面对X射线荧光光谱分析方法在地学中的应用加以综述。

关键词：X射线荧光光谱，测试方法，制样方法，地学应用

X射线荧光光谱分析方法作为一门较为成熟的分析技术，在地学中也有广泛的应用目前可采用XRF法进行分析的元素达50余种。对于常见的硅酸盐类岩石样品，可用XRF同时分析的元素约为40种，大多数元素的分析方法已相当成熟。X射线荧光光谱分析方法具有分析速度快，制样简单等优点。近年来，由于高度稳定和高度自动化仪器的配备使得X射线荧光分析成为地质样品中有效的分析测试手段之一，尤其在地球化学样品和硅酸盐的分析中，形成了以X射线荧光分析为主的快速、经济的分析系统【1】。

下面本文将就X射线荧光光谱分析方法在地学中的应用进展加以简单的介绍。

1.X射线荧光光谱分析方法的基本原理

X射线荧光光谱法是利用样品对X射线的吸收随样品中的成分及其众寡变化而变化来定性或定量测定样品中成分的一种方法，当试样受到X射线，高能粒子束，紫外光等照射时，由于高能粒子或光子与试样原子碰撞，将原子内层电子逐出形成空穴，使原子处于激发态，这种激发态离子寿命很短，当外层电子向内层空穴跃迁时，多余的能量即以X射线的形式放出，并在教外层产生新的空穴和产生新的X射线发射，这样便产生一系列的特征X射线。只要测出一系列X射线荧光谱线的波长，即能确定元素的种类；测得谱线强度并与标准样品比较，即可确定该元素的含量。由此建立了X射线荧光光谱（XRF）分析法。

2.分析方法

2.1定性分析

根据不同元素X的荧光射线具有其特定的波长（或能量）的属性，因此根据荧光X射线的波长（或能量）可以确定元素的种类，这是一一对应的关系。

2.2定量分析

定量分析是一种相对的分析方法，通过测定样品产生得X射线荧光强度，然后跟标准样品的X射线荧光强度做对比，通常称为标样比较法。

3.X射线荧光光谱分析的制样技术

任何一种X射线定量分析方法，其最终准确程度如何，样品制备是一个关键的因素。X射线荧光光谱分析对样品制备要求是比较高的。因为X射线荧光光谱分析是一种相对的分析放法，所以，需要将标样和未知样处理成近似或可重现的状态。常规X射线荧光光谱定量分析地质样品时，常采用的样品形式有：溶融法、粉末压片法、溶液法，对几种制样方法进行简单介绍。

3.1溶融法

溶融法主要是将试样和溶剂（如Na2B407）以一定比例混合放入坩埚内，在高温下加热，促使溶剂溶化，与试样发生反应并溶解。冷却后的最终产物的总组分必须是一种单相的玻璃体。溶融的目的之一是使样品中的化合物和混合馆剂完全形成真溶液；其二是使熔体冷却形成固态玻璃体，得到均匀、可控制尺寸的玻璃片、可直接放入光谱仪进行测量。溶融法的优点是：消除矿物效应、粒度效应等造成的不均勾性效应；因溶剂稀释，共存元素效应减小；使用试剂配制标准样品；分析主成分元素时样品用量小（1g以下）；高精度分析成为可能。

3.2压片法

在对粉末样品进行分析测定时，通常使用压片法制样技术，制备粉末样品时，粉末一般要进行一下处理：烘干、煅烧、添加、混合、研磨、浇铸、分散成薄层和压制成块。其主要步骤是将称量样品放于模具中间，拨平，四周及底部用黏结剂填充，在压力机上压制成片。所用黏结剂通常为低压聚乙稀、硼酸及两者的混合物。

3.3溶液法

溶液法的样品类型有两类，一类是样品本身是液体，比如：海水、河水、污水、油田等；另一类是将不均匀、不规则样品由溶剂溶解后而形成的液体。对于后者来说，溶液法是一种破坏性方法，存在着一些缺点。因此要注意溶剂的选择、温度以及溶液状态对测试产生的影响。

4、X射线荧光光谱分析法在地学中的应用

X射线荧光光谱法是主、次量元素分析精度、准确度和自动化程度最高的多元素分析方法。也是在岩矿样品测试分析应用得最早且最为广泛的技术之一，下面本文将就X射线荧光光谱分析方法在地学中的应用进展加以简单的介绍。

4.1测试方法方面的进展

在化学样品的多元素分析方面李国会等人采用熔融玻璃片和粉末压片法制样，使用了理论α系数和康普顿散射线进行内标校正元素间的吸收—增强效应，不仅减少了使用标样的数目，而且当位置样品基体成分超出所用标样范围时，仍能保证分析结果的准确度。其中测定样品中Na、Mg、Al、Si等23个元素分析结果的准确度和精密度可与化学法相比【2】。

张勤等采用了采用低压聚乙烯镶边垫底的粉末样品压片制样，使用经验系数法和康普顿散射线作内标校正基体效应，所测得的25种元素下限比前人更低精确度和准确度都有了较大的提高【3】。

刘江斌等人利用X射线荧光光谱分析技术同时测定了土壤样品中36组分，结果表明该方法除了对La、Ce、Sc、Hf、As、U、Th、Ba等八种元素的分析还不能满足分析要求，需要用其他方法测量，其它元素的测量均可满足目标地球化学样品分析的要求【4】。

樊守忠等针对地质样品中的硫以多价态存在，低价态的硫在高温熔融制样时易挥发损失特点，使用偏硼酸锂和四硼酸锂混合熔剂，1000℃熔融制样，在制样过程中严格控制时间和温度，防止了硫在高于此温度时的熔融损失。测定硅酸盐中S等元素，分析结果的准确度和精密度可与化学法相比【5】。

除此之外，X射线荧光光谱技术还在矿石成分分析中，如对铁矿石、钒土、铝土等矿石多元素分析中也有着广泛的应用。

4.2制样方法方面的进展

上文介绍了在X射线荧光光谱技术中几个主要的制样方法，近年来针对溶液法有着可能泄露的风险王红霞等介绍了一种新制样方法—琼脂糖凝胶制样法。对于固体试样，经化学处理后制成溶液，然后再凝胶化制成固体样品；对于溶液试样，直接凝胶化制成固体样品。该法即具有溶液法的优点，又具有固体法的有点，同时还避免了泄漏的危险【6】。

于兆水等针对传统的低压粉末制样法制成样片表面粗糙，容易脱落等缺点，研制了高压粉末制样法，克服粉末脱落的问题，解决了黏结力较小的样品制备问题（例如煤、矿石）【7】。

结语

X射线荧光分析法作为地质分析的一种方法，在解决化学性质极为相似，困扰分析者多年的Nb、Ta、Zr和Hf及稀土元素的测定问题，主、次量组分快速分析方面发挥了重要作用。随着仪器的进步、实验方法的改进X射线荧光分析法以其快速、经济、绿色、多元素分析等特点，必将随着研究需求的变化在更广阔的领域得到更广泛的应用，与其他分析方法的结合也会愈加紧密。

参考文献：

[1]X射线荧光光谱仪及其在地质学方面的应用研究

[2]李国会.X射线荧光光谱法测定橄榄岩主次痕量元素[J].光谱实验室，1997（6）：32-36.

[3]张勤，樊守忠，潘宴山，等.X射线荧光光谱法测定多目标地球化学调查样品中主次痕量组分[J].岩矿测试，2004，23（1）：19-24.

[4]刘江斌等.X射线荧光光谱法同时测定土壤样品中的36种组分的探讨[J].甘肃地质.2010，19（2）

[5]李国会，卜维.X射线荧光光谱法测定硅酸盐中硫等20个主，次，痕量元素[J].光谱学与光谱分析，1994（1）：105-110.

[6]符斌，方明渭，周杰，等.用于X射线荧光光谱分析的凝胶制样法[J].冶金分析，2002，22（5）：6-9.

[7]张勤，于兆水，李小莉，等.X射线荧光光谱高压制样方法和技术研究[J].光谱学与光谱分析，2013（12）：3402-3407.