LIBS应用 分析玻璃及硼矿物中的硼元素.pdfVIP

LIBS 应用案例：对玻璃、硼钠钙石、硬硼钙石中的硼进行分析 应用案例 LIBS-001 材料 很多轻元素（原子序数较低的元素）可以很容易通过激光诱导击穿光谱技术（LIBS ）进行 测量，但是却很难通过其他的技术进行测量，硼元素就是其中之一。 硬硼钙石 （Colemanite ）和硼钠钙石 （Ulexite ）就是两种一般作为玻璃工业原料的含硼矿物。 在以下测试中，使用了美国TSI 公司 ChemReveal 3000 系列台式LIBS 元素分析仪进行样品 分析，这些用于分析的样品中，硬硼钙石样品来自于一家跨国的玻璃公司，而硼钠钙石样品 是直接取样于一个美国的矿业公司。为了做对照，实验还进行了硼硅酸盐玻璃 （Borosilicate glasses ）的重复分析。 分析手段 在分析前，用一个环轮研磨机将几种样品碾磨成直径小于60 微米的粉末，再使用LAT 40T 液压机将玻璃、硬硼钙石以及硼钠钙石粉末压成片状，然后使用TSI ChemReveal 3000 系列 LIBS 分析仪，用50 个脉冲激光束进行分析，在本次实验中相当于20 秒的分析时间。 可检测元素 光谱能够显示出很强的硼发射谱线，同时还可以观察到I 组和II 组元素发射的光谱，主要为 Li 、Na 、K、Ca 和Mg 这几种元素。 检测到的主要成分包括: Al 、B 、Ba 、Ca、Fe 、K、Li 、Mg 、N 、Na 、O、Si、Sr 以及Ti 。 根据观察到的信噪比，在这些材料中硼元素的检出限估计在0.001% （10ppm）。 标定曲线 TSI ChemReveal 3000 系列利用激光诱导击穿光谱技术（LIBS ）来对材料中的元素进行分析。 在做定量分析时，需要先绘制标定曲线。标定的工作会涉及到认证的标准物质 （商业标样）、 选择合适的元素光学发射线，通常会选择一条标准发射线。TSI ChemReveal 3000 系列的软 件能够自动创建一个标准峰值区域相对于参考材料中元素浓度的标定曲线。待测样品中的元 素浓度（含量）将会由和标定曲线进行对比来计算出来。 如果有一种主要的基体成分，而且其浓度（含量）在一系列的标定曲线中都几乎保持恒定时， 最好的方法是根据该元素的光学发射线进行标准化 （归一化）。氧是一种在样品中可能扮演 这种角色的备选元素，并且测试表明，用其它元素相对于氧的发射光谱的比例进行测试可以 得到非常好的结果。 另外一种可供选择的分析方法是使用化学计量学相关性分析。在这种方法中，TSI ChemReveal 3000 系列的软件会使用整个观测到的光谱和材料性质的相关性自动建立标定曲 线（在本例中使用 B 的浓度）。两种相关性方法都可被采用：偏最小二乘法 （Partial Least Squares）或主要成分分析 （Principal Component Analysis ）。 硼元素标定曲线 以硼钠钙石为例，使用206.723nm 的发射线相对于777nm 的O 的发射线进行硼元素的标定 硼元素标定曲线-化学计量分析 以硼钠钙石为例，使用主要成分回归 （PCR ）化学计量方法进行硼元素标定 多种分析测试 1.小珠状玻璃样品。B O 的标称浓度为5.5%. 2 3 2.大片玻璃。B O 的标称浓度为4.5%. 2 3 3.硬硼钙石样品。B O 的标称浓度为47.8% 2 3 通过使用更长的分析时间以及TSI ChemReveal 3000 系列XY 轴扫描功能，可以进一步的提 高测试的精度。 仪器主要技术参数 ChemReveal 台式LIBS 激光诱导击穿光谱仪 元素测量范围 原子序数Z=1 (包括C, H, O 等有机元素，以及N, Li, Be, B 等轻元素，以 及几乎所有金属、非金属元素) 浓度范围 10ppm 至%级别（取决于元素及仪器配置） 分析时间 一般20s 左右 样品形态 固体或粉末（粉末需要压片后测量）。直接测量，无需特别的样品制