EDXRF分析法測試面料中鍺含量的初探

曹嘉洌 卓朝松

1.阿美特克商貿(mào)(上海)有限公司，上海 200131；2.汕尾市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測所，廣東 汕尾 516600

EDXRF分析法測試面料中鍺含量的初探

曹嘉洌1卓朝松2

1.阿美特克商貿(mào)(上海)有限公司，上海 200131；2.汕尾市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測所，廣東 汕尾 516600

采用能量色散型X射線熒光(EDXRF)分析法測試面料中鍺含量，闡述測試的基本原理，討論影響測試結(jié)果的因素，建立散射譜線內(nèi)標(biāo)法校正模型。試驗(yàn)結(jié)果表明，EDXRF分析法測試面料中鍺含量，單個(gè)樣品的測試時(shí)間僅需180 s，平均絕對(duì)誤差為1.10 μg/g，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.26%。

能量色散型X射線熒光分析， 面料， 鍺含量

近年來，為了改善市場上常見面料大都采用單一品種且不具備保健功能的纖維紡織形成而存在的保健功能和舒適性差的缺點(diǎn)，提出了一種具有保健、防臭抑菌、防靜電、導(dǎo)熱及降溫功能的鍺(Ge)纖維面料[1-2]。其制備方法是在紡絲時(shí)加入由無機(jī)金屬即鍺粉體制成的母粒，形成具有功能性的鍺纖維；所得到的鍺纖維可制成長絲，或切成短纖，再與其他天然纖維混紡。由于鍺的作用，鍺纖維面料在低于人體表面溫度的情況下可與人體皮膚周圍的氧和水分子結(jié)合，產(chǎn)生負(fù)氧離子、羥基負(fù)離子，達(dá)到殺菌和清新空氣的效果。采用鍺纖維面料制成的衣服可保持干爽，穿著時(shí)貼身而不黏附，并具有防臭抑菌功能，且微量鍺元素可透過皮膚，進(jìn)入人體內(nèi)形成有機(jī)鍺，有益于身體健康。因此，鍺纖維面料在民用服裝、家用紡織品或產(chǎn)業(yè)化功能材料等領(lǐng)域都有廣闊的發(fā)展前景，研究一種簡易、快速測定面料中鍺含量的方法就很有必要。本文選擇能量色散型X射線熒光能譜儀測定面料中的鍺含量。

1 基本原理

在樣品和標(biāo)樣的物理化學(xué)形態(tài)相似、鍺含量在較小范圍內(nèi)、樣品組成的各元素間吸收增強(qiáng)效應(yīng)可以忽略的情況下，鍺含量(CGe)和面料放出的鍺的特征譜線強(qiáng)度呈線性關(guān)系[3]232：

CGe=A1+A2IGe

(1)

式中：IGe為面料放出的鍺的特征譜線強(qiáng)度，cnt；A1和A2為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

由式(1)可知，通過測試面料放出的鍺的特征譜線強(qiáng)度，可獲得鍺含量CGe。但在實(shí)際分析過程中，由于面料的表面平整度和織造工藝差異及基體效應(yīng)等因素，影響了面料中鍺含量與鍺的特征譜線強(qiáng)度之間的線性關(guān)系，且產(chǎn)生了分析誤差。因此，為準(zhǔn)確分析面料中鍺含量，可采用散射線內(nèi)標(biāo)法對(duì)式(1)加以校正。散射線不僅可用于校正基體中吸收效應(yīng)，還可對(duì)樣品的物理形態(tài)如表面、密度和粒度差異等進(jìn)行校正，非常適合面料的實(shí)際分析[3]234。

2 試驗(yàn)儀器及分析條件

試驗(yàn)儀器為SPECTRO MIDEX型小焦點(diǎn)X射線熒光能譜儀，其主要部件有側(cè)窗式X射線管、樣品室、計(jì)數(shù)器等。采用新型硅漂移計(jì)數(shù)器，其Mn-Kα譜線處的分辨率在輸入計(jì)數(shù)率為1 000 000 cps時(shí)為130 eV， 通過計(jì)算機(jī)及其操作軟件完成X射線熒光光譜信號(hào)的收集和數(shù)據(jù)處理。該儀器具備靈敏度高、使用便捷、無破壞性等特點(diǎn)，可對(duì)各種形態(tài)的固體材料進(jìn)行快速分析。

SPECTRO MIDEX型小焦點(diǎn)X射線熒光能譜儀以X射線管為激發(fā)源，可測定鈉(Na)～鎢(U)之間的元素。應(yīng)用該儀器快速分析面料中鍺含量，測量條件見表1。

表1 測量條件

選擇Mo作為X射線管靶材。Mo靶的特征光譜能量大于且接近鍺元素Kα譜線的能量，故其激發(fā)效果較好，由圖1可知，所獲得的鍺的特征譜線有較高的靈敏度和強(qiáng)度梯度，為鍺元素建立其標(biāo)準(zhǔn)曲線提供了良好的條件。

圖1 鍺的特征譜線

3 試驗(yàn)方法

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

(1) 取5個(gè)樣品，經(jīng)精確化學(xué)法定量后作為標(biāo)樣；

(2) 精確測定標(biāo)樣中鍺的特征譜線強(qiáng)度和散射譜線強(qiáng)度；

(3) 用線性回歸法求鍺元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線中的各項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)[4]。

3.2 樣品中鍺含量的分析

測定樣品中鍺的特征譜線強(qiáng)度和散射譜線強(qiáng)度，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上計(jì)算出樣品中鍺含量。

4 影響因素及校正模型

樣品是纖維織物，因此，面料的表面平整度、織造工藝、纖維成分是影響鍺含量分析結(jié)果的主要因素。在這種情況下，采用X射線管靶材的康普頓散射譜線強(qiáng)度為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正，其模型：

(2)

式中：CGe為鍺含量；IGe、IScattering分別為鍺的特征譜線強(qiáng)度、散射譜線強(qiáng)度；A1、A2為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(通過多元線性回歸分析求得)。

經(jīng)線性回歸分析得到的測量值和標(biāo)準(zhǔn)值關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 測量值和標(biāo)準(zhǔn)值關(guān)系曲線

5 分析數(shù)據(jù)

采用EDXRF法得到的樣品中鍺含量的測試結(jié)果與化學(xué)分析法得到的測試結(jié)果均列于表2中。由表2可知，EDXRF法得到的面料中鍺含量的測試結(jié)果的絕對(duì)誤差小于2.00 μg/g，平均絕對(duì)誤差為1.10 μg/g，平均相對(duì)誤差為6.10%。選擇3號(hào)樣品，以EDXRF法重復(fù)測試10次，測試結(jié)果見表3。由表3可知，EDXRF法得到的面料中鍺含量的測試結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.26%。

表2 樣品中鍺含量測試結(jié)果

表3 3號(hào)樣品的鍺含量重復(fù)測試結(jié)果(EDXRF法)

6 結(jié)論

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，利用EDXRF法分析面料中鍺含量，具有分析速度快及準(zhǔn)確度、精度較高的優(yōu)點(diǎn)。鍺在靶材為Mo的X射線管的激發(fā)下有良好的靈敏度。影響測量準(zhǔn)確度的原因主要是面料樣品的物理形態(tài)差異，如表面平整度、織造工藝、纖維成分等。本文采用X射線管靶材的康普頓散射譜線強(qiáng)度為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正，效果較好。但散射譜線強(qiáng)度作為內(nèi)標(biāo)，無法校正纖維配方差異帶來的增強(qiáng)效應(yīng)。因此，要進(jìn)一步改善EDXRF法分析面料中鍺含量的準(zhǔn)確度和精密度，可以：

(1) 對(duì)面料中存在的其他元素進(jìn)行分析，更全面地考慮其他元素對(duì)鍺的吸收增強(qiáng)效應(yīng)；

(2) EDXRF法分析所需的標(biāo)樣較難獲得，若能得到更多可靠的定值標(biāo)樣，可增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)曲線的適應(yīng)性；

(3) 采用特定的濾光片如鋅(Zn)片，對(duì)面料中產(chǎn)生的X射線熒光譜線進(jìn)行能量選擇，可提高鍺含量的測量精確度[3]108-109。

[1] 談輝，張瑞民.一種健康、舒適和環(huán)保的新型功能纖維[J].高科技纖維與應(yīng)用，2012，37(3)：61-63.

[2] 王迪，劉艷君，方方.鍺纖維針織面料的服用性能及綜合評(píng)價(jià)[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2015，33(4)：14-16+32.

[3] 吉昂，卓尚軍，李國會(huì).能量色散X射線熒光光譜[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[4] 李丹，賴萬昌，王廣西，等.EDXRF法測定煤中全硫的初步研究[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2011，31(8)：891-893.

Preliminary study on test of germanium content in fabrics by EDXRF analysis method

CaoJialie1，ZhuoChaosong2

1.Ametek Commercial Enterprise(Shanghai)Co.， Ltd.， Shanghai 200131， China；2.Shanwei Supervision Testing Institute of Quality & Metrology， Shanwei 516600，China

The energy dispersive X-ray fluorescence(EDXRF) analysis method was used to test the germanium content in fabrics， the basic principle of the test was described， the factors influencing on the tested results were discussed， and the calibration model of scatter internal standard was established. The experimental results showed that a single sample’s testing time was only at 180 s by using the EDXRF analysis method to determine the germanium content in fabrics， the average absolute error was at 1.10 μg/g， and the relative standard deviation was at 1.26%.

energy-dispersive X-ray fluorescence analysis， fabric， germanium content

2016-11-29

曹嘉洌，男，1984生，應(yīng)用工程師，主要從事EDXRF儀器應(yīng)用工作

O657.34

A

1004-7093(2017)06-0039-04