X射線熒光光譜法測定鎵酸鈉溶液中的鎵和釩含量

宋世娣 楊 波 張 輝

(1 中國鋁業(yè)遵義氧化鋁股份有限公司 分析化驗中心,貴州 遵義 563100；2 貴州師范大學 材料與建筑工程學院，貴陽 550025)

X射線熒光光譜法測定鎵酸鈉溶液中的鎵和釩含量

宋世娣1楊 波1張 輝2

(1 中國鋁業(yè)遵義氧化鋁股份有限公司 分析化驗中心,貴州 遵義 563100；2 貴州師范大學 材料與建筑工程學院，貴陽 550025)

建立了X射線熒光光譜法測定鎵酸鈉溶液中的鎵和釩含量的方法，通過塑料樣品杯和麥拉膜封裝液體樣品，測定中添加儀器自帶Zn、Cr兩種影響元素排除干擾，減少X射線熒光光譜儀對樣品測定結果的偏差，即可得出鎵和釩在樣品中的含量。結果表明，方法的相對標準偏差(RSD)小于3%，加標回收率為93.33%～102.1%，可實現(xiàn)金屬鎵生產過程中的物料成分快速檢測。

X射線熒光光譜法； 鎵酸鈉溶液；鎵；釩

0 前言

酸法生產金屬鎵時必須對鎵酸鈉溶液中的主要元素鎵含量以及主要雜質元素釩含量進行實時監(jiān)測。鎵的主要分析方法有EDTA滴定法和分光光度法[1]，但這些方法周期長，操作復雜。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法[2]、電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法[3]投資比較大，隨著國產X射線熒光光譜儀的推廣和應用，分析鎵酸鈉溶液中元素鎵和釩的過程得到了極大的簡化[4-5]。用X射線熒光光譜法對鎵酸鈉溶液進行分析時只需將適量的樣品盛于樣品杯中，然后用麥拉膜封裝至不漏液，測定中添加Zn、Cr兩種元素以消除干擾[6]，減少X射線熒光光譜儀對樣品測定結果的偏差，即可得出鎵和釩在樣品中的含量。通過加標回收實驗驗證，方法能方便、快捷地得出準確結果，是金屬鎵生產過程物料成分分析的一種理想的分析方法。

1 實驗部分

1.1 儀器及測定條件

220 V、 50 Hz、 1 kW高精度穩(wěn)壓器；WISDOMEDX-6600型X射線熒光光譜儀(上海精譜科技有限公司)；電流、電壓連續(xù)可調的低功率正高壓X射線發(fā)生器；SI-PIN電制冷高分辨率高計數(shù)率探測器(無需液氮冷卻)；高級原裝能譜儀電子學系統(tǒng)；計算機分析系統(tǒng)(表1)。

表1 儀器測定條件Table 1 Determination conditions of the instrument

1.2 用具及試劑

塑料燒杯；塑料樣品杯；麥拉膜(透光性和韌性都好，厚度為6 μm的聚酯薄膜)，濾紙。三氧化二鎵(GR)；五氧化二釩(GR)；固體氫氧化鈉(AR)。

1.3 樣品的制備

用塑料燒杯取200 mL混勻的鎵酸鈉溶液，先讓其與WISDOMEDX-6600型X射線熒光光譜儀的環(huán)境條件一致,倒塑料樣品杯的三分之二量(約10 mL)樣品于干凈塑料樣品杯中，罩上麥拉膜，然后用對應的塑料環(huán)把麥拉膜平整地套在樣品杯上，使液樣處于良好的密封狀態(tài)。把封好的樣品在干凈平整的濾紙上倒置2 min，看不到液體浸出，待測。

1.4 標準溶液的制備

稱取三氧化二鎵32.2615 g于已加入350 mL氫氧化鈉(8 mol/L)溶液的1 000 mL燒杯中，加熱攪拌溶解完全，冷卻后轉移至200 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，鎵含量為120 g/L；用類似的方法再制備鎵含量為5 g/L的標準溶液500 mL。

稱取五氧化二釩0.357 1 g于已加入100 mL氫氧化鈉(8 mol/L)溶液的1 000 mL燒杯中，加熱攪拌溶解完全，冷卻后轉移至500 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，釩含量為0.100 0 g/L。

2 結果與討論

2.1 裝樣量的選擇

取樣時，只需將一定量的鎵酸鈉溶液樣品直接倒入樣品杯中即可。在此過程中為了更方便、平整地罩上麥拉膜，且在樣品杯倒置時使鎵酸鈉溶液能均勻地覆滿整張麥拉膜，樣品綜合定為裝至樣品杯2/3處為最佳，這樣既不影響罩麥拉膜，也不影響測定，留有一定的空間，在罩好麥拉膜后可以適當?shù)卣袷?，使得樣品更加均勻?/p>

2.2 麥拉膜的選擇

由于X射線熒光光譜儀是利用X射線管發(fā)出X射線直接激發(fā)樣品，使樣品產生特征的X射線，這些特征射線進入探測器產生脈沖信號進行測定[7]。這就需要罩在樣品杯上的麥拉膜要薄且透光性要好，保證X射線近似于直接激發(fā)樣品。常用型號有:CAT.NO:106麥拉膜、CAT.NO:250麥拉膜、CAT.NO:256麥拉膜、CAT.NO:257麥拉膜、CAT.NO:416麥拉膜、CAT.NO:426麥拉膜、3014麥拉膜等。如果用2.5 μm、2.54 μm的薄膜，由于薄膜太薄，鎵酸鈉溶液易滲漏到X射線熒光光譜儀上以至于儀器遭腐蝕或直接毀壞，故選透光性強且韌性好的加厚型6.0 μm麥拉膜比較理想。

2.3 歸一化標準樣品的制備和檢出限

歸一化的目的是為了校驗儀器的漂移，衰減，以及外界因素所造成的變化。采用標準樣品測試出強度變化的歸一系數(shù)及濃度歸一系數(shù)，再對生產樣品進行歸一系數(shù)的校正。由于樣品是液體，測定的時候是完全無破壞測定，為了保證分析結果的準確性，滿足生產需要，標準樣品采用現(xiàn)場取樣，充分混勻制備，經過12次測定，重現(xiàn)性很好；同時外委分析其鎵、釩含量，如表2，再現(xiàn)性較好。歸一樣品不用時用塑料容器在20 ℃左右密封保存。各成分的含量范圍及檢出限見表3。

2.4 添加影響元素的選擇

作曲線時某個樣重新注樣后誤差還是大，則要把該樣品重新進行化學分析，如果重新化學分析的結果和原始的化學分析結果不超差，但和熒光光譜法分析的含量誤差還是比較大時，就需要添加Zn、Cr兩種影響元素，結果如表4。添加影響元素有三個原則：①首先考慮相鄰的兩種元素，②再考慮含量高的元素，③最后考慮原子序數(shù)大的元素，添加影響元素一般同時最多不超過3種。

表2 標準樣品(GY)測定結果Table 2 Determination results of the standard samples (GY)(n=12) /(g·L-1)

表3 分析含量范圍及檢出限Table 3 Concentration range of the analysis of and detection limits /(g·L-1)

表4 添加影響元素前后的比較Table 4 Comparison before and after adding influence elements /(g·L-1)

由表4的數(shù)據(jù)顯示，通過添加Zn、Cr兩種影響元素，可以減少X射線熒光光譜儀對生產樣品測定結果的偏差。

2.5 精密度實驗

選擇具有代表性的校準樣品，經過充分搖勻后在相同的條件下重復做20次。然后將該樣品倒入干凈的樣杯中用麥拉膜封好用X射線熒光光譜儀連續(xù)測定20次，以檢驗儀器的精密度。

多次重復實驗可以得出X射線熒光光譜儀的精密度和經典的化學方法精密度，如表5結果表明儀器的精密度優(yōu)于化學方法的精密度。

表5 精密度實驗結果Table 5 Precision test results(n=20) /(g·L-1)

2.6 鎵、釩加標實驗

選取鎵含量不同的兩個有代表性的鎵酸鈉溶液樣品進行加標回收實驗，釩以鎵含量高的一個樣品做實驗。根據(jù)樣品中待測元素的濃度分別添加3個不同水平的標準溶液，每個水平測定4次，結果見表6，鎵的加標回收率在97.83%～102.1%，相對標準偏差小于7%。釩的加標回收率在93.33%～95.00%，相對標準偏差小于9.5%，由此表明本方法測定鎵酸鈉溶液中的鎵、釩含量有良好的準確度，可以滿足鎵酸鈉溶液的測定要求。

表6 加標回收率及相對標準偏差

Table 6 Recovery rates and relative standard deviations after adding standard solution(n=4)/(g·L-1)

待測物Tobeanalyzed樣品本底Samplebackground加標量Amountofstandardsolutionaddition加標后測定值Determinationvalueafteraddingstandardsolution回收率/%RecoveryrateRSD%RSDGa418640008359±3210216120006052±2197834310005286±16101954Ga4426001054±08101256300749±05100950150602±05101764V00400100131±00149357850060095±00119500790020056±0011933393

3 結語

使用X射線熒光光譜儀對酸法金屬鎵生產樣品進行分析，是一種在空氣條件下通過添加影響元素來消除干擾，對用塑料樣品杯與麥拉膜封裝的液體樣品進行直接上機測定的一種分析方法。本方法省去了制樣熔樣的繁瑣過程，同時通過實驗也證明了該方法的精密度和準確度能達到要求，能簡捷快速、準確穩(wěn)定地提供鎵、釩的分析數(shù)據(jù)用于指導生產，是酸法金屬鎵生產分析較理想的分析方法。

[1] 劉洪泉,陳娟.鎵的檢測分析方法及研究進展[J].應用化工(Appliedchemicalindustry),2012(5):50-53.

[2] 何小虎,甘日星,韋莉.微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測定高速工具鋼中錳、磷、鎳、銅、鉻、釩[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2014,4(2):50-53.

[3] 成勇.電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)測定油品中鐵、銅、鉛、錫、砷、銀、鉻、鎳、釩[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2011,1(4):64-67.

[4] 章連香,符斌.X-射線熒光光譜分析技術的發(fā)展[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2013,3(3):1-7.

[5] 李先.鋁土礦中微量鎵的分析方法進展[J].光譜實驗室(ChineseJournalofSpectroscopyLaboratory),2013(5):58-61.

[6] 周永曉,孫宗保,邱江平,等.火焰原子吸收光譜分析中的干擾因素及排除方法[J].光譜儀器與分析(SpectralInstrumentandAnalysis),2006(1-3):150-152.

[7] 張林艷,戴挺.能量色散X射線熒光光譜儀的現(xiàn)狀[J].現(xiàn)代儀器(ModernInstruments),2008(5):50-53.

Determination of Gallium and Vanadium in Sodium GalliumnateSolution by X-ray Fluorescence Spectrometry

SONG Shidi1, YANG Bo1, ZHANG Hui2

(1.ChalcoZunyiAluminaCo.,Ltd.,AnalyticalLaboratoryCenter,Zunyi,Guizhou563100,China;2.GuizhouNormalUniversityMaterialandArchitectureCollege,Guiyang,Guizhou550025,China)

A method for the determination of gallium and vanadium using energy X ray fluorescence spectrometry was established. In this method, the instrumental bias to testing results was reduced a lot by using plastic sample cup, packaging liquid samples with Mylar film, and adding Zn and Cr influential elements provided by instrument manufacture. The results showed that the relative standard deviation (RSD) was less than 3%, and recovery rate was in the range of 93.33%-102.1%.Rapid detection of the material composition in the process of metal gallium production can be realized.

X-ray fluorescence spectrometry ; sodium galliumnate solution; gallium; vanadium

2016-02-24

2016-04-25

宋世娣，女，工程師，主要從事鎵分析方法研究。E-mail:1165847484@qq.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2016.03.021

O657.34；TH744.16

A

2095-1035(2016)03-0087-04