Подготовка проб методом сплавления с флюсом

Специалисты нашей компании обладают знаниями и профессиональными навыками в области подготовки проб к рентгеноспектральному анализу большинства промышленных материалов, находящихся в твердом (монолитном), порошкообразном или жидком состоянии. Одной из самых современных и надежных техник пробоподготовки является сплавление материала пробы с флюсом. Мы имеем возможность подобрать оборудование, разработать рецептуру и внедрить процесс сплавления в лаборатории Вашего предприятия.

Определение

Сплавление – это технология подготовки проб неорганических материалов для последующего их анализа рентгенофлуорсцентным (XRF) методом, спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой (ICP), атомной абсорбцией (АА) или традиционными методами мокрой химии. Типичными анализируемыми материалами являются: цемент, руды, шлаки, геологические породы, почвы, керамика, пигменты, стекло и даже металлы. Методом сплавления можно готовить небольшие, гомогенные стеклянные диски (или «bead») для рентгеноспектрального анализа (РСФА) или кислотные растворы для остальных аналитических методов.

Преимущества

При рентгеноспектральном анализе, процесс сплавления, как метод подготовки проб, показывает множество преимуществ перед другими методами, так как при данном способе подготовки проб не возникает минералогический и гранулометрический эффекты, а так же эффект ориентации частиц. В результате образцы (сплавленные стекла) получаются идеально гомогенными. Сплавление так же применяется для подготовки образцов, которые очень сложно подготовить другими методами или классифицировать.

Температура и флюс

При подготовке образцов методом сплавления, материал пробы в действительности никогда не расплавляется, а исключительно растворяется в растворителе. Растворителями служат литиево-боратные флюсы, которые при комнатной температуре находятся в порошковом состоянии и должны быть расплавлены для растворения материала пробы. Это единственная причина использования тепла для нагрева смеси флюса и пробы. Таким образом, необходимая температура сплавления определяется исключительно составом и свойствами флюса.

Температура процесса плавления

Чем выше температура процесса плавления, тем больше флюса испарится, и тем больше будет ошибка анализа. Опыт подсказывает, что необходимо работать на температурах до 1100 градусов, для минимизации испарения образца и флюса. Помните, что основная цель нагрева это расплавление флюса, который далее служит растворителем для материала пробы. Если температура очень высока, несколько большее количество может раствориться во флюсе, но данный излишек выпадет в осадок при охлаждении (и может привести к растрескиванию стекла). Так же, в некоторых случаях, динамика растворения столь низка, что пользователи пытаются увеличить температуру для решения этой проблемы. Лучше увеличить время сплавления, для достижения лучших результатов.

Примите во внимание, что при сплавлении выше 1050 град. летучие элементы (сера, свинец, натрий, калий, мышьяк и хлориды) могут испариться в неконтролируемом количестве. Литий тетраборат начинает испаряться между 1100 и 1200 град., что может повлечь небольшую аналитическую ошибку.

Несмачивающие жидкости (агенты) (Non-wetting agents)

Несмачивающие агенты действуют как поверхностно активные вещества, увеличивая поверхностное натяжение расплава, что делает расплав менее способным к прилипанию к платиновому тиглю. Так же, использование агентов делает расплав менее вязким, облегчая процессы перемешивания расплава и переливания расплава из тигля и в изложницу. Несмачивающими агентами служат соединения галогенов (в основном содержащие йод, бром или фтор), в основном это KI, LiI, LiBr и NaI, или аммоний(ammonium). Для подготовки одной пробы достаточно использовать всего несколько миллиграмм такого вещества. Применение агентов строго рекомендуется для продления срока службы платиновых тиглей. В основном добавляется 0.5% от общей массы флюса, но нужно стараться, что бы количество было минимальным из возможного (т.е. <20 мг в стеклянном диске массой 10 г).

Окисление вещества пробы (оксидация)

В случае если анализируемый образец содержит органические или металлические частицы, которые могут быть окислены (а также их сплавы, например феррохром, или сульфиды или фосфаты), необходимо уделить особое внимание, чтобы эти частицы окислились до момента времени, когда температура достигнет величины образования сплава материалы тигля и таких частиц. Если металлические частицы останутся в тигле, может произойти практически необратимый процесс повреждения платинового тигля вместе с потерей образца.

Степень разбавления

Соотношение флюса и образца должно быть от 1 к 4 до наиболее применяемого соотношения 1:10. Массы навески зависят от требуемого диаметра и толщины сплавленного диска. Для сложных образцов, например ферросплавов, должна применяться большая степень разбавления.

Время сплавления

Зависит от массы сплавляемых компонентов и, в основном, находится в пределах 5-10 мин. Обычно непосредственно первая фаза сплавления занимает 4 мин., затем сплавление с вращением 3 мин. и охлаждение 3 мин.

Вращение

Рекомендуется достигать хорошей гомогенизации расплава, но, при этом, использовать минимальное время сплавления. Для полностью окисленных образцов используйте тщательное смешивание образца с флюсом для уменьшения времени сплавления.

Охлаждение

Обычно производится при помощи сжатого воздуха в течение примерно 2 минут. Никогда не пытайтесь извлечь стекло до полного остывания во избежание растрескивания.

Заключение

Разберитесь с химическим составом исследуемой пробы, смоделируйте химические реакции, которые произойдут в течение процесса сплавления. Убедитесь, что Ваш образец полностью окислен или, в противном случае, оксидируйте его используя подходящий метод. Взвешивайте все компоненты максимально точно (сплавление наверняка не будет источником аналитических ошибок, в отличие от взвешивания). Используйте несмачивающие агенты для легкого переливания расплава из тигля в изложницу и последующего беспроблемного извлечения готового стекла. Сплавляйте при наиболее низкой возможной температуре. Удачи!

Особенности флюсов
Fluxes

Тетраборат лития плавится при температуре 920 градусов и имеет наивысшую точку плавления среди обычных флюсов. Метаборат лития плавится при температуре 845 градусов. Смеси вышеупомянутых флюсов плавятся при более низкой температуре.

Подробнее
Меры предосторожности при работе с платиновыми тиглями
Platinum ware

Для сплавления используются золото-платиновые тигли, при работе с которыми требуются специальные меры предосторожности.

Подробнее
Методы оксидации материала пробы
Oxidation

Если металлические частицы останутся в тигле, может произойти практически необратимый процесс повреждения платинового тигля вместе с потерей образца. Таким образом, необходимо выбрать подходящий метод полной оксидации материала пробы:

Подробнее
Проблемы и решения
Problems and solutions

Метод сплавления материала пробы с флюсом достаточно сложен. Существует вероятность возникновения множества проблем, связанных с неправильной рецептурой, методологией и техникой процедуры сплавления.

Подробнее
Вернуться назад