工业硅中杂质元素检测方案(波散型XRF)

Excellence in Science 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co.， LTD. -Analytical Applications CenterEmail： sshzyan@shimadzu.com.cn Tel：86(21)34193996http：//www.shimadzu.com.cn X射线荧光光谱法测定工业硅中杂质元素 XRF-029 摘要：本文参考 GB/T 14849.5-2014《工业硅化学分析方法第5部分：元素含量的测定Ⅹ射线荧光光谱法》，利用岛津 XRF-1800 波长色散型X射线荧光光谱仪，采用粉末压片制样方法，测定工业硅中杂质元素含量。利用工业硅标准样品建立相应工作曲线，各杂质元素标准曲线线性良好，平行测定10次，各组分精度良好。方法适用于工业硅中铁、铝、钙、锰、镍、钛、铜、磷、镁、铬、钒、钴含量的测定，满足工业硅生产对杂质成分的检测需求。 关键词：工业圭硅X射线荧光粉末压片 工业硅又称金属硅，被广泛应用于化工、冶金、电子信息、机械制造、航空航天、船舶制造、能源开发等各工业领域，是现代工业尤其是高科技产业必不可少的材料。工业硅是生产硅铝合金、硅镁合金、硅青铜等许多中间合金的重要原料；工业硅也用作冶炼特种钢和非铁基合金的脱氧剂；化学工业上工业硅用于生产硅橡胶、硅树脂、硅油等有机硅；纯度更高的工业硅称作高纯硅，用于生产集成电路半导体、制造太阳能电池等材料。 工业硅是氧化硅经碳质还原剂高温熔炼生产的一种基础材料，主成分硅元素的含量在98%左右，其余杂质为铁、铝、钙等。因其用途不同而划分为多种规格，按照金属硅中铁、铝、钙的含量，可分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101 实验部分 1.1仪器与试剂 X射线荧光光谱仪： XRF-1800 型； 压片机： MP-50型； 振动磨： ZHN-1B型； 粘结剂：淀粉(分析纯)； 助磨剂：三乙醇胺(分析纯) 1.2分析条件 X荧光光谱仪条件： 光谱室温度：35℃ 光谱室环境：真空 等不同的牌号。工业硅的主要杂质元素为 Fe、Al、Ca，另外常含有V、Ni、Cr、Ti、Mn、Cu、P、Mg、Co 等微量杂质元素，由于杂质含量较低，采用化学分析方法测定比较困难，并且分析速度慢，无法满足生产需求；仪器分析可以采用原子吸收或 ICP分析方法，但是，由于复杂的样品前处理，往往分析速度也比较慢，并且容易引入试剂空白等干扰因素，分析结果的准确度有时难以保证，在工业硅生产现场适用性也不高。X射线荧光光谱法作为一种快速分析方法，具有操作简单，分析速度快等特点，广泛应用于各种规模化工业生产中，经试验验证，采用粉末压片X射线荧光光谱法分析工业硅中杂质元素含量，能够得到相对准确的分析结果，，可以满足工业硅生产对杂质元素含量检测的需求。 表1l元素测定条件 元素 管电压 管电流 狭缝 晶体 检测器 PHA 背景 20 时间 Fe 40 kV 80 mA Std LiF SC 24-88 1BG 57.54 20s Al 40 kV 80 mA Std PET FPC 25-75 1BG 144.68 20s Ca 40 kV 80 mA Std FPC 34-70 1BG 113.14 20 s Cu 40 kV 80 mA Std SC 25-75 1BG 45.10 20s Ni 40 kV 80 mA Std SC 25-75 lBG 55.10 20s Cr 40 kV 80 mA Std SC 32-74 1BG 136.69 20 s Mn 40 kV 80mA Std SC 18-80 1BG 62.97 20s Ti 40 kV 80 mA Std SC 24-80 1BG 86.14 20 s Co 40 kV 80 mA Std LiF SC 24-84 1BG 52.8 20s P 40 kV 80mA Std Ge FPC 16-70 1BG 141.16 20s V 40 kV 80mA Std LiF SC 25-75 1BG 76.94 20s Mg 40 kV 80 mA Std TAP FPC 22-86 1BG 45.17 20 s 压片机条件： 压力：300kN 加压方式：持续加压 加压时间：30s 泄压方式：缓慢泄压 样品前处理 将试样研磨至全部通过0.149 mm试样筛，称取试样15.0g， 淀粉3.0克，加3滴三乙醇胺，于振动磨上研磨90秒，将压片机的上压头与下压头用酒精棉或纱布擦拭干净，将压片用塑料环置于下压头中央，小心添加样品于塑料环中间，并用称样勺压平，使样品填满整个塑料环，将放有塑料环及试样的下压头放置于压片机下压头位置上，使上下压头垂直对齐，确认压片机状态正常后按启动按钮，压片程序自动完成，取下下压头，取出样片，编号备测。 结果与讨论 3.1工作曲线 按样品前处理方法制备所有标样，按设置好的仪器条件测定标准样品，元素强度将自动登记至分析组。所有标样测定完毕，按程序计算曲线。典型元素工作曲线见图1。 2.5- Ji 2.0- 1.0- r=0.9993 0.5 0.005 0.010.O 0.015 0.020 0.025 标准值(2) 40.0- 35.0 Ca 30.0· 25.0- 20.0 再m 15.0 10.0. 5.0- r=0：9987 0.0-一 0.00 0.100.200.300.400.500.60 0.700.80 标准值(%) 图1元素工作曲线 3.2测试精度 同一样片按设置好的测定条件连续测定10次，对结果进行统计分析，数据见表2。 表2测试精度(%) 元素 Fe Al Ca Mn Cu Ni Cr V Ti 平均值 0.42 0.53 0.073 0.011 0.048 0.015 0.0041 0.016 0.055 极差 0.0027 0.0062 0.0008 0.0007 0.0006 0.0005 0.0005 0.0011 0.0021 标准偏差 0.0010 0.0021 0.0003 0.0002 0.0002 0.0002 0.0001 0.0003 0.0006 RSD(%) 0.2 0.4 0.3 1.9 0.4 1.4 3.4 2.1 1.1 3.3重复性检查 选定一个样品，在重复性条件下测定两次，数据满足国标要求，结果见表 3。 表3重复性数据(%) 元素 Fe Al Ca Ti Cu Ni Cr Sl 0.2971 0.1174 0.0249 0.0412 0.0058 0.0138 0.0043 S2 0.2849 0.1167 0.0248 0.0422 0.0055 0.0139 0.0036 Averge 0.2910 0.1171 0.0249 0.0417 0.0057 0.0139 0.0040 差值 0.0122 0.0007 0.0001 0.0010 0.0003 0.0001 0.0007 重复性限r 0.0151 0.0110 0.0028 0.0074 0.0018 0.0016 0.0011 注： Mn、V、P、Mg、Co含量低于检出限值，未统计。 3.4共存元素影响 样品中元素间可能存在相互干扰，样品主要元素为硅，含量一般在98%以上，基体基本一致，由基体引起的共存元素之间吸收增强效应不明显，通常不必考虑。分析元素含量梯度相对较大，个别元素之间存在一定的重叠影响，必要时需要进行重叠校正，标准附录中给出了分析元素可能存在的干扰谱线，实验中发现最典型的干扰是TiKB线对分析元素Ⅴ的重叠影响，表4列出了校正前后Ⅴ的工作曲线系数。 表4重叠校正前后曲线系数对比 项目 曲线斜率 曲线截距 精确度 最大偏差 相关系数 校正前 0.0354 -0.00027 0.000382 0.000649 0.9690 校正后 0.0559 -0.00037 0.00022 0.00050 0.9896 结论 本文参考国标 GB/T 14849.5-2014，利用岛津 XRF-1800 波长色散X射线荧光光谱仪，建立了工业硅主要杂质成分分析方法。结果表明，标准曲线线性良好，样品测定精度良好，重复性结果满足国标要求。利用此方法测定工业硅，测定结果满足生产需求。 岛津应用云 本文参考国标GB/T 14849.5-2014，利用岛津XRF-1800波长色散X射线荧光光谱仪，建立了工业硅主要杂质成分分析方法。结果表明，标准曲线线性良好，样品测定精度良好，重复性结果满足国标要求。利用此方法测定工业硅，测定结果满足生产需求。