大型仪器检测无机非金属元素含量的研究

大型仪器检测无机非金属元素含量的研究

张伟琦

大连产品质量检验检测研究院有限公司  辽宁大连  116021

摘要：现如今，随着现代社会科学技术的提升，对于非金属元素的检测工作开始重视起来，想要保证现代化工行业得到快速的发展，便要充分改变传统的思维观念，将各类大型仪器的开发和应用当成其工作的重要环节，这样才能保证现代化工行业建设工作的顺利开展。在处理无机非金属元素含量检查工作时，主要依托与X射线荧光光谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、Ｘ射线衍射仪、Ｘ射线光电子能谱、和能量弥散Ｘ射线探测器。为了进一步分析现代大型仪器检测无机非金属元素含量，首先，便从不同仪器测试结果的可靠性、科学性等进行有效评价。其次，文章主要通过实验进行进一步验证，在大量实验操作后，得到的实验结果为：目前，不是所有的大型仪器都可以实现对无机非金属元素含量的检测工作，与此同时，发现除了 ICP法以外，其它几种表象方法所得到的测定值都不能很好地反映出它们的典型值，且有很大的误差，且其相对标准差（RSD）比较大，不宜用于测定无机非金属的含量。

关键词：大型仪器检测；无机非金属含量；研究

一、实验试剂与仪器

（一）仪器和试剂

主要试剂Al2O3 （AR）和TiO2 (AR)；脱氧废水；优质的纯硝酸盐；化学成分的氯化物；亚硝酸盐；硼酸和高氯酸；包含 Ti、 Al、 Si、 Cu、 Mg等多种元素的多元素标准溶液。主要仪器：Ｘ射线荧光光谱仪；电感耦合等离子体发射光谱仪；Ｘ射线衍射仪；Ｘ射线光电子能谱和能量弥散Ｘ射线探测器；电子天平；玛瑙研钵；电热恒温鼓风干燥箱。

（二）仪器参数

XPS装置采用 Al目标辐射源（HV=1486.6 eV）。XRD装置的目标源为40毫伏工作电压、40毫安、角度为2θ=10-90度。FSC工作时的工作电压为15千伏，电流为10微安。表1是 ICP试验的试验指标。

二、实验方法

（一）材料的制备

对1.2 gTiO2 （AR）进行计量，将0.85gTiO2和0.21gAl2O3标示为 II，对0.60 gTiO2和0.45gAl2O3进行称重，分别称重0.42gTiO2和0.65 gAl2O3作为 V，称重0.20 gTiO2和0.80 gAl2O3作为 VI的试样，称重1.0 gAl2O3 （AR）作为 VI。接下来，把6个试样分别放在一个玛瑙研磨槽中，然后将其均匀地碾碎。

（二）材料表征

用ICP-OES, XRF, XPS等手段对得到的物质进行了元素组成的测定；采用 XRD技术对得到的物质进行了物相学的研究；采用能谱扫描仪和能谱扫描仪对得到的样品进行了显微形态和成分的测定。

三、实验结果与讨论

采用XRF方法对各种试样进行了测定。由表2可见，I-III型试样的相对标准差（RSD）值对Al2O3的测定值大，表明该方法的精度不高，且有很大的误差。IV-VI型试样在Al2O3的浓度范围内，其相对标准偏差为1.642%,0.587%,0.6123%。实验结果表明，二氧化钛的测定结果与理论计算结果相差很大，且各试件的相对标准差也比较大。此外，在TiO2和Al2O3的VI中也发现了其它的氧化剂。总而言之，从表2的结果来看，XRF法测定的金属氧化物的精度较低，且各成分之间存在较大的差异性，无法适应实际的样品的检测要求。

利用ICP-OES技术对全部试样进行了 Al, Ti的含量测量。在 I型试样中，其测定结果与理论值较为相近，TiO2的相对标准差（RSD）为0.775%。在Al2O3的测定中，RSD值在1.45%至5.824%之间波动，但 V型试样的相对标准偏差（RSD）值比较大；TiO2的测定值与理论值的比较基准差（RSD）在0.785%至12.9%范围内有一定的变化，这表明了该方法的测量误差很低。ICP-OES测定法具有高精度、高精度、高灵敏度、快速、高效等特点。该方法可用于各种类型的金属氧化物的含量的测定，可用于科学研究和产品的质量检测，并可用于对各种样品进行分析。

采用X-RD方法，对6种试样的结晶进行了测定。图1示出了6种试样的XRD光谱。从图表中可以清楚地看到，I-V型的TiO2的衍射峰表现得比较理想。

结果表明，TiO2的XRD衍射光谱在25.3°，36.9°，37.8°，38.6°，48.0°，53.9°，55.1°，62.1°，62.7°，70.3°，75.0°，76.0°，82.7°，衍射峰与TiO2(PDF#21-1272）的XRD衍射峰（101)(103)(004)(112)(200)(105)(211)(211)(213)(204）晶体表面。XRDI-III显示，试样中的TiO2衍射峰占主导地位，未发现Al2O3的衍射峰位，这是由于Al2O3在试样中的分散程度低。在XRD衍射图上，发现Al2O3的衍射峰位随Al2O3的添加而增大。由样品VI可知，其Al2O3的衍射谱较好。在19.5°，31.9°，37.6°，39.5°，45.9°，60.9°，67.0°，85.0°的衍射峰值与Al2O3(PDF#10-0425）的晶体平面相一致。另外，经比较可知，Al

2O3的XRD衍射光谱与TiO2的XRD光谱比较，显示出Al2O3晶体的晶体含量较高。

图2是 X射线光电子能谱的全部样品。图2 (a)为样品的总X-射线光电子光谱，由该表可知， I型试样无Al2p轨道的衍射峰，而 VI型试样无Ti2p轨道的衍射峰。表4为各种试样的表面元素及元素的含量。实验发现，从第 I至第 I的试样， Al的百分数随时间的推移而增加， Ti的百分数则呈递减趋势，这一数值与理论计算相符。在进行氧化剂成分的测定时，实测结果与理论计算结果相差甚远，特别是 IV型试样的相对标准差（RSD）最大。由于 XPS技术属于较为敏感的一种，只能用半定量的方法来测定其相对成分。XPS技术的有效检测距离一般在10 nm以下，这是因为它的平均自由距离的局限。所以 XPS技术在测定无机非金属元素时，精度较低，没有实际应用价值。

通过Ｘ射线映射图对所有样品进行了分析。如附图3所示，各试件的各表面在某一区域内的各成分表现为均一的分布。本试样为TiO2，见其上有Ti和O的均匀分散。本试样为Al2O3编号为VI，在试样的表面发现Al和O元素的均匀分配。相对于X-射线图表的单元分析的结果见表格5，由表格5可知，两个氧化物的理论和测量的数值都有很大的相对标准差（RSD）。结果表明，EDX元素分布法对元素的定量测定有很大的偏差，且精度不高，没有实际应用价值。

图4使用高角度的环状暗场扫描透射电显微镜（HAADF-STEM）及X-射线能散曲线，显示Al、Ti、O3在纳米线周围无规地分布。从HAADF-STEM曲线和相应EDS扫描光谱中可以看出这一点。每个试样中对应的Al,Ti,O在试件的表层和靠近纳米线的位置都是随意的。该观测还对全部的试样构成进行了测定，其中，在图4 A中，试样I为纯TiO2，相应EDS谱图可以精确地检出Ti和O。在HAADF-STEM图像中，发现Al元素在Al2O3的浓度升高时，Al的线谱也在相应的EDS曲线上呈现。VI号试样为纯Al2O3，其相应EDS线谱仅包含Al和O。表6为X光能散曲线图示出的各成分及成分。很明显，这个测试也是不可靠的。由于所使用的纳米线也是无规则的，所以不能完全代表整体的样本。结果表明，X线光谱测定法测定氧化剂的精度较低，不宜用于定量测定。

四、结论

本文利用多种大型的测试设备，对各种非金属无机物质中的元素进行了测量和讨论，并对各种测量方法的精度和高度进行了综合的分析和讨论。从试验结果来看，并非每一种大型精密的设备都能精确地探测到非金属无机物质的各种成分。ICP法具有很高的精度和精度。结果表明，所得的不同氧化层 RSD值都很低，满足了测定的需要，具有很好的应用价值。但其它几种表现方法所得到的测量值并不能很好地反映出测量的准确性，且测量误差很大，因而不适合于对无机非金属的成分进行分析。

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