Способ определения массовых долей основных и примесных элементов в солевых фторидных системах методом рентгенофлуоресцентного анализа
METHOD FOR DETERMINING THE MASS FRACTIONS OF BASIC AND IMPURITY ELEMENTS IN SALT FLUORIDE SYSTEMS BY X-RAY FLUORESCENCE ANALYSIS

Изобретение относится к аналитическому контролю химического состава материала из смеси фторидов лития и бериллия.
Способ определения массовых долей основных и примесных элементов в материалах, содержащих фторид лития и бериллия методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии, включает отбор и подготовку пробы. Также способ включает синтез образцов сравнения, получение градуировочных графиков для контролируемых элементов, определение содержаний контролируемых элементов. Пробоподготовка реализуется путем измельчения проб с последующим их запрессовыванием в изложницу из борной кислоты. Перед прессованием пробу измельчают до размера частиц не более 40 мкм, а прессование осуществляется с помощью специальной пресс-формы, позволяющей спрессовать заготовку для пробы в форме чаши из борной кислоты. В данную изложницу загружается фиксированное количество порошка пробы и запрессовывается. Техническим результатом изобретения является получение возможности одновременного многоэлементного определения макро- и микрокомпонентов, повышение достоверности результатов измерений массовых содержаний контролируемых элементов в материалах из смеси фторидов лития и бериллия с использованием спектрального метода аналитического контроля - РСФА.
Анализ уровня техники в данной области свидетельствует о том, что наиболее близким аналогом, совпадающим с заявляемым изобретением по наибольшему количеству существенных признаков, является Способ определения массовой доли основного компонента в солях хлорида натрия и хлорида калия [Собин Егор Павлович, Собина Алена Вячеславовна, Табатчикова Татьяна Николаевна. Патент на изобретение № RU 2686468 С 1]. Способ включает операции подготовки пробы (отбор и разложение), стандартных образцов, настройки параметров возбуждения плазмы, построения градуировочных графиков, измерения массовых долей контролируемых элементов.
Основными недостатками и отличиями этого способа являются: необходимость перевода проб в жидкую фазу; малый перечень определяемых аналитов, иной матричный состав объекта анализа (хлоридные соли вместо фторидных). Данные факторы приводят к удорожанию и усложнению всей методики анализа солей на основе смеси фторидов лития и бериллия.
Задачей настоящего изобретения является создание эффективного, экспрессного и точного способа определения макрокомпонентов и микропримесей в солях на основе смеси фторидов лития и бериллия.
Указанная задача решается тем, что анализ солей проводится в твердом виде без введения связующих веществ с применением образцов сравнения, синтезированных из индивидуальных веществ.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что из индивидуальных веществ синтезируется набор образцов сравнения, с помощью которых осуществляется построение градуировочных графиков для контролируемых элементов. Далее с использованием полученных зависимостей производится определение содержаний контролируемых элементов. Пробоподготовка реализуется путем измельчения проб с последующим их запрессовыванием в изложницу из борной кислоты. Перед прессованием пробу измельчают до размера частиц не более 40 мкм, а прессование осуществляется с помощью специальной пресс-формы, позволяющей спрессовать заготовку для пробы в форме чаши из борной кислоты. В данную изложницу загружается фиксированное количество порошка пробы и запрессовывается.
Техническим результатом изобретения является получение возможности экспрессного одновременного многоэлементного определения макро- и микрокомпонентов, повышение достоверности результатов измерений массовых содержаний контролируемых элементов в материалах из смеси фторидов лития и бериллия с использованием спектрального метода аналитического контроля - РСФА.
Пример
Методика предназначена для определения содержания кальция, кадмия, хлора, хрома, меди, фтора, железа, калия, магния, молибдена, натрия, никеля, кислорода, серы, кремния, титана и циркония в образцах солей на основе 2LiF-BeF2 рентгенофлуоресцентным методом с волновой дисперсией.
Методика определения Са, Cd, Cl, Cr, Cu, F, Fe, K, Mg, Mo, Na, Ni, O, S, Si, Ti, Zr, в солях на основе 2LiF-BeF2 заключается в изготовлении прессованных таблеток и измерении интенсивности вторичного рентгеновского спектра исследуемого образца. Первичное излучение рентгеновской трубки возбуждает в анализируемом образце характеристическое рентгеновское излучение. Энергия излучения является качественной характеристикой химического элемента. Интенсивность излучения пропорциональна количеству элемента в образце. Содержание устанавливают методом внешнего стандарта. Образцы сравнения синтезируются путем смешивания и гомогенизации индивидуальных веществ, содержащих аналиты. Определяемые компоненты вводят в образцы сравнения в виде соответствующих оксидов, сульфатов, фторидов или хлоридов. Данные соединения перед каждым приготовлением образцов должны быть доведены до постоянной массы просушиванием в сушильном шкафу при 80-105°С и прокаливанием в муфельной печи при 800-900°С. Относительная погрешность измерения температуры при прокаливании и просушивании не должна превышать 10%.
После термической обработки соединений их необходимо, просеять через сито с ячейками 40 мкм, для дальнейшей работы используется мелкая фракция с размером частиц менее 40 мкм. Компоненты вводятся в градуировочные смеси с низким содержанием макрокомпонентов в виде смесей. Группы элементов и способ приготовления концентрированных смесей №1 и №2 отображены в таблицах 1, 2.
3
Смеси готовят следующим образом: отбираются требуемые навески индивидуальных веществ и разбавителя. Полученная смесь в цилиндрических пластиковых пробирках объемом 50 см с винтовой крышкой гомогенизируется на ротационном перемешивателе в течение 5 ч, скорость вращения 30 об/мин с периодическим вибрационным встряхиванием проб. После этого смеси гомогенизируется в шаровой планетарной мельнице с использованием гарнитуры из карбида вольфрама, режим гомогенизации/доизмельчения - 250 об/мин в течение 5 мин.
Тетрафторобериллат лития может быть приобретен или синтезирован. Синтез Li2BeF4 может быть произведен путем его осаждения из растворов при смешивании карбоната или гидроксида лития, фтороводородной кислоты и металлического бериллия или сплавлением фторида лития и фторида бериллия.
Для построения градуировочной зависимости необходимо приготовить 5 образцов сравнения. Смеси, из которых изготавливаются данные образцы, представляют собой совокупность веществ - носителей аналитов. Рецептура приготовления градуировочных смесей приведена в таблице 3. Содержание каждого элемента в образцах сравнения представлено в таблице 4.
Приготовленные градуировочные смеси (образцов сравнения) гомогенизируют на ратоционной перемешивателе 5 часов при скорости вращения 30 об/мин. Затем доизмельчают и гомогенизируют на шаровой мельнице с использованием гарнитуры из карбида вольфрама по следующему режиму: скорость вращения мельницы - 250 об/мин, продолжительность гомогенизации - 5 мин. Полученный однородный мелкодисперсный порошок запрессовывают в таблетки с помощью гидравлического пресса. Предварительно прессуют подложку из борной кислоты массой 7 г по следующему режиму: нагрузка - 3 т, время - 3 с. Далее навеску смеси массой 2,5 г засыпают в изготовленную подложку и прессуют. Режим прессования смеси: нагрузка - 20 т, время - 20 с. Диаметр таблетки 40 мм.
Подготовка к выполнению измерений включает прогрев и проверку режимов работы рентгеновского волнодисперсионного спектрометра ARL ADVANT'X 4200. Подготовку программы анализа осуществляют согласно инструкции к ARL ADVANT'X 4200. Включение, подготовку прибора к анализу и выключение производят согласно руководству по эксплуатации для ВДРФ спектрометра ARL ADVANT'X 4200.
Задание аналитических условий, установку условий измерения, ввод стандартных значений, анализ образца, запуск анализа, просмотр результатов производят согласно руководству по эксплуатации для ВДРФ спектрометра ARL ADVANT'X 4200. Полученные условия возбуждения и регистрации спектров определяемых элементов, обработки сигнала сведены в таблице 5.
Для обработки сохраненных данных измерение образца должно проводиться в режиме количественного анализа. Количественные данные включают параметры анализа, интенсивность измерения и результат количественного анализа.
Поиск, выбор, просмотр данных, повторную обработку данных, редактирование количественного расчета для перерасчета производят согласно руководству по эксплуатации для ВДРФ спектрометра ARL ADVANT'X 4200.
Результаты измерений оформляют в виде протоколов или отчетов, содержащих информацию о методике выполнения измерения и данные, необходимые для идентификации каждой пробы. За результат измерения содержания в пробе принимают среднее арифметическое значение трех результатов параллельных определений, расхождение между которыми не должно превышать предела повторяемости.
Технический результат заключается в том, что экспрессность методики составляет 7,5 минут для определения содержания 17 аналитов. При этом доля брака при прессовании проб для анализа сведена к нулю.