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玻璃熔片法中如何选择助熔剂,常用的助熔剂有哪些,其性质和适用范围如何

瑞绅葆分析技术(天津)有限公司

关键词: 常见问题 助熔剂

合适熔剂需满足以下几点基本原则:
    样品能被助熔剂完全分解。经过高温熔融后,样品和助熔剂能够形成均匀的单相玻璃体。
    熔融温度合适,挥发性小。
    熔剂中不能含有待测组分元素或干扰元素,同时还需注意助熔剂中的含量。
    制的得玻璃熔片表面要光滑平整。
    制得的熔片要容易脱模。
    在玻璃熔片法中,常用的助熔剂有四硼酸钠(Na2B4O7)、四硼酸锂(Li2B4O7)、偏硼酸锂(LiBO2)。硼酸的锂盐相比钠盐,质量吸收系数低,有利于轻元素的分析,制成的熔体流动性能较好,熔融温度较高。其中Li2B4O7熔解能力好,但熔片机械性能较差,而LiBO2机械强度较好,因此现在熔融制片中经常把两种助熔剂按一定比例混合使用,充分发挥各方面的优点。助熔剂的选择可从:助熔剂性质及特征、样品成分和熔片制备实验设备几方面着眼。
(1) 助熔剂的性质及特征
1) 四硼酸锂(Li2B4O7
    四硼酸锂,熔点:920℃,是所有硼酸锂中熔点最高的。其结晶轻微吸湿,目前,是最常用的助熔剂。Li2B4O7很容易跟碱性氧化物发生反应如:CaO、MgO、K2O、Na2O,所以也称为“酸性”助熔剂。四硼酸锂是最常用的助熔剂,其价格便宜,可广泛应用于:钢铁、陶瓷、地质等领域,能够制备优良且稳定的玻璃熔片。
2) 偏硼酸锂(LiBO2
    偏硼酸锂,熔点:850℃,当单独熔融时,其会在冷却时结晶,和氧化物一起熔融时,除了在低稀释度下和一些酸性氧化物时,熔融片也常会结晶。LiBO2容易跟Al2O3、SiO2、P2O5、硫酸盐等反应,也称“碱性”助熔剂。LiBO2熔点更低,比Li2B4O7吸湿性更强。在熔片法中,不推荐单独使用LiBO2,其往往跟Li2B4O7混合使用,这样可以扩大可熔解的氧化物范围,提高熔解度。在制备AAS和ICP分析用样品时常用LiBO2做助熔剂。
3) 硼酸钠(Na2B4O7
    硼酸钠,熔点:741℃,如果不是由于吸湿性高的话,其是玻璃熔片的极好助熔剂,用它制得的玻璃片几乎从不结晶或破裂,但必须保存在干燥器中避免在表面形成水化层。水和四硼酸钠(Na2B4O7•10H2O)从不用于熔融制样,它含有几乎50%的水,加热时产生大量的气体,有时部分熔融混合物会喷出坩埚。Na2B4O7极少使用,其酸性比Li2B4O7
原因是其含有碱性元素如Ca、Mg、K。但跟Li2B4O7混合使用,则是熔解金属氧化物的极佳助熔剂。

4) 67%Li2B4O7与33%LiBO2混合助熔剂
    67%Li2B4O7与33%LiBO2均匀混合助熔剂是通用助熔剂,其熔点为875℃,具有两种助熔剂单独使用的优点。这种混合熔剂对含矾土的陶瓷、地质样品及岩石具有极好的效果。
5) 35.34%Li2B4O7与64.7%LiBO2混合熔剂
    35.34%Li2B4O7与64.7%LiBO2混合熔剂,其熔点:825℃,建议在熔解硅酸铝、矾土、铝土盐、铁矿石等使用。
(2) 基于样品成分选择助熔剂
    根据所分析的样品成分,可以定性的选择所需要助熔剂的种类。对含有非金属氧化物,Li2B4O7是较好的选择,但若样品中含有矾土或矽土,则选择LiBO2较好。矽土常见问题在于,在较低熔解温度下(1000-1100℃),很难熔于Li2B4O7中,一定数量的LiBO2不但增加了系统的碱性,而且降低了熔解温度,使氧化物更好的均匀渗透于熔融体系中。
(3) 基于熔片制备实验设备选择助熔剂
    XRF要能获得精确结果,样品必须完全渗透入助熔剂中,并且完全均匀的分布在熔融体中。熔解温度以及在熔解过程中的有效旋转搅拌等是获得良好结果的重要因素。一般在熔融制样时,设置的熔融温度应高于助熔剂系统的熔点100-150℃为宜。
(4) 助熔剂选择的总建议
    在一些情况下,为避免挥发性氧化物如Na2O、K2O、SO3等的损失,熔融体的温度不应超过1100℃。为避免熔剂的蒸发损失,加热温度也不能超过1250℃。在加热设备温度不够时或在熔解易挥发物质(如S)时,可使用Li2B4O7与LiBO2混合助熔剂。
为了确定样品是否完全熔解,可以采用观察玻璃熔片的方法,熔解差往往会导致结晶、玻璃熔片破碎,不透明等现象。有些样品很难熔解,如铬铁矿石,在此情况,可选择Li2B4O7、LiBO2和LiPO3的混合助熔剂。
(5) 样品及助熔剂颗粒尺寸范围

    通常样品颗粒尺寸要求在80μm-200μm间,研磨越细的样品能有效增加与助熔剂的接触面积,熔解效果更好。

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