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分享:电子探针定量超轻元素硼的最佳条件及应用

2023-02-27 14:46:09 

唐世磊,刘奕志,莫 连,,,,农 珂

(桂林理工大,桂林 541004)

:对电子探针定量超轻元素,量硼基础条件通过设计单一变量试验,优化了,电子选条 ,该优选条件定量含硼元素的矿物组成较常规条件更加准确和稳定

关键词:超轻元素硼;定量分析;优选条件;电子探针 中图分类号:P575.1;TB32 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)12-0014-08

硼是一种在地壳中分布广泛的非金属亲石元 ,在自然界中常以硼酸盐和含硼硅铝酸盐的形式 存在[1]硼因具有耐高温耐磨等性质,被广泛用于 化工医药轻工纺织等领域,更是高端制造及战略 性新兴产业领域的重要原料(如半导体掺杂剂固体 火箭含硼富燃料推进剂)[2]布较 分散以及加工技术尚不够成熟[3],用姜比色法快速检测法电感耦合等离子体原子发射光 谱法电感耦合等离子体质谱法高效液相法色谱法以及原子吸收分光光度法等检测硼元素[4], 这些方法多用于食品中硼元素的检测相对而言, 地质样品中的硼元素分析以传统湿化学方法为主, 由于该方法的测定结果代表全部颗粒的平均化学成 ,无法显示单颗粒内部微区成分变化,因此可能制 约了许多研究,如硼素在矿物中的赋存状态硼元 素超常富集机制等[5]电子探针是矿物微区分析的理想定量工具,,广[5-12]吸收线的化学位移重元素的 L、M、N 系谱线等对轻元 测定[13-16],()束测元素的临界余乐英等[13,16]M 谱线对硼元素的 K 系射线的谱线系数不准确等问题,并尝试用 ZAF,使用脂酸铅晶体测量硼元素 Kα 线,型计算吸收系数,总结出测,获得了可靠的吸收系数。MEIER [17]探针可以精确测试富硼矿物(如电气石)和硼化物含 ,但在硅酸盐玻璃中微量硼的测试却存在计数率 ,锰和铁元素的干扰等难题。CHENG [14] 指 出 在 低 电 压 (5kV)、高 束 流 (100nA)、大 束 斑 (20μm)的测试条件下能够提高微量硼的计, 将不含钙铁元素的富硼玻璃作为校正,PHA(初步危害分析)进行峰位干扰扣除,采用指 数模式模拟背景形状,建立了中微的高精度分析方法陈意等[15]电子 探针分析需要大间距面网晶体,由于其特征 X 射线 的计数率远高于铍元素此外,轻元素的特征 X 线具有波长大能量低,且穿透性较差的特性,对于 X射线的波长太长穿及荧等还 没完全认识清楚[5],硼标谱定性分析发现,碳元素和硼元素在元素周期表位 置相邻,LED2晶体中的理论峰位值相近,碳元素 是否对硼元素存在干扰尚不清楚,仍需分析不同的 激发电压-束流-束斑条件对定量硼元素的影响,结适用于定量硼元素的电子探针最优条件

1 试验方法

1.1 试验仪器与标样

采用型号为JXA-8230 的电子探针,由于碳元 素和硼元素在 LED2晶体中的理论峰位值相近,此为避开碳峰干扰,采用 LDE6H 晶体选用中国地质科学研究院矿产资料研究所研制 的具有检测资质认定的含硼标样(证书号为 GSB04- 1419-2001),,:① (的质 量分数为99.99%),计数率高扰少,可较好地得 到硼;,;③ 酸钡 ,进行实例应用验证研究1.2 将标样表面抛光,以乙醇为清洗剂,并利用超声 10~15 min电子(JEE-420)(15~20nm),使用碳膜厚度推荐比色卡进行验证, 使研究标样的碳镀膜度在同等条件范围内,以减小 碳膜厚度差异对测试的影响含硼标样的波谱定性 分析 显 示 (见 图 1),硼 元 素 的 吸 收 特 征 峰 位 为 159.823~161.602mm,其他相关参数见表1。制备 不同电 压-束 流-束 斑 条 件 下 的 标 样 数 据 库,采 用 ZAF校正方法;为确保数据均一性,定量分析试验 ,每次随机选取10个点,连续测试取平均值作为 统计结果偏差可以指示数据与理论值的偏离程 ,方差可体现数据的离散程度,通过对比各组数据 的平均含量平均含量偏差平均计数率和计数率方 ,可为定量硼的最优测试条件提供重要判断依据

2 试验结果与讨论

电子 探 针 常 规 定 量 矿 物 的 条 件 为 激 发 电 压 (15kV)-束流(20nA)-束斑(5μm),量优±2%。研究基于单一变量法并融合的对 比分析思维,分析不同测试条件下(激发电压-束流- 束斑)对定量不同类型含硼矿物的影响,总结出电子 探针定量硼元素的优选条件2.1 激发电压优选 电子束进入试样内部,交互作用后产生特征 X 射线,部分会被基体吸收,要保证足够的特征 X 线被检测,需采用合适的激发电压硼元素的特征 X射线具有波长大能量低的特性,激发电压不宜过 ,,(20nA)(5μm),7,10,15,20kV 4种激发,单质硼钐钙稀土硼酸盐进行测试,测定了8,80个电子探针数据,测试及相关计算结果如表 2,3所示综合研究认为,电子探针定量硼的优选 20kV,特征描述如下

(1)不同激发电压条件下,电子探针定量单质硼 曲线[见图2a)~2d)]显示:激发电压从7kV→10kV 17唐世磊,:电子探针定量超轻元素硼的最佳条件及应用 →15kV→20kV,硼元素平均含量和平均含量偏差呈 先降低后升高趋势,7kV 20kV 的激发电压条 件下,20kV时硼元素含量更靠近理论值;硼元素 计数率箱状图显示,硼元素计数率从高到低为20kV →10kV→7kV→15kV,并在20kV 时波动最,计数率方差从低到高为15kV→20kV→10kV→ 7kV,分别在15kV 20kV 时波动最小综上所 ,电子探针定量单质硼的优选电压为20kV。 (2)在不同激发电压条件下,电子探针定量钐钙 土硼酸盐曲线[见图2e)~2h)]显示:激发电压从 7kV→10kV→15kV→20kV,B2O3 平均含量和平 均含量偏差呈先降低后升高趋势,并在20kV时硼元 素含量更靠近理论值,平均含量的标准偏差最小; B2O3 计数率箱状图显示,从高到低7kV→10kV →15kV→20kV,B2O3 计数率20kV时波动最小, 计算率方差从低到高为20kV→15kV→7kV→ 10kV,20kV时波动最小综上所述,电子探针定 量钐钙稀土硼酸盐中B2O3 的优选电压为20kV。



2.2 束流优选

在固定电压(20kV)和束斑(5μm)条件下,5,10,15,20,25,30,35,40,50nA 9种束流作 为单一变量,对单质硼钐钙稀土硼酸盐进行测试, 测定了15,共计150个电子探针数据,测试及相 关计算结果见表2,3。综合研究认为,电子探针定 量硼的优选束流为20nA,具体特征描述如下(1)不同束流条件下,电子探针定量单质硼曲 线[见图3a)~3d)]显示:5nA→10nA→15nA →20 nA →25nA→30 nA →35 nA →45 nA → 50nA,硼元素平均质量分数和平均质量分数偏差 呈先增加后降低趋势,20nA 时单质硼的定量结 果接近理论值,其他束流均低于理论值下限;硼元素 计数 率 箱 状 图 显 示,5nA→10nA→15nA→ 20nA25nA30nA35nA45nA50nA, ,20nA ; 其计算率方差从低到高为15nA→20nA→25nA →30nA→10nA→35nA→40nA→45 nA→ 50nA,其中在15,20,25nA 时方差接近综上所 ,电子探针定量单质硼的优选束流应为20nA。 (2)不同束流条件下,电子探针定量钐钙稀土 硼酸盐曲线[见图3e)~3h)]显示:5nA→10nA →15nA→20nA→25nA→30nA,B2O3 平均质量 分数和平均偏差呈增加趋势,其中在20nA B2O3 质量分数更接近理论值,而在25nA 时接近理论下 限,其他激发束流时,B2O3质量分数均低于理论 值下限;B2O3 计数率箱状图显示,5nA→10nA →15nA→20nA→25nA→30nA,B2O3 计数率逐 渐增加,并在20nA 时波动最小,其计算率方差从 低到高为5nA→20nA→15nA→10nA→25nA→ 30nA,10nA→25nA 20nA 时方差相近上所述,电子探针定量钐钙稀土硼酸盐中 B2O3 优选束流应为20nA。 2.3 束斑优选 在固定电压(20kV)和束流(20nA)条件下,采用 0,1,3,5,7,8,9,10,15,25μm 10单一 变量,对单质硼钐钙稀土硼酸盐,20,共计200个电子探针数据,测试及相关计算结 果如表2,3所示综合研究认为,电子探针定量硼元 素的优选束斑应为7~9μm,特征(1)在不同束斑条件,硼曲 线[见图4a)~4d)]显示:束斑从0→1μm→3μm→ 5μm→7μm8μm→9μm→10μm→15μm→25μm, 元素平数和差呈先增加降低趋势,了在0,1μm的束斑条件下偏低外,量硼结果均在测试范围之内,尤其7~9μm 硼含量接近理论值(99.99%);计数率箱状,0→1μm3μm5μm7μm8μm9μm10μm15μm25μm,趋势,7~9μm15~25μm,计数率方差显示,由低15μm20μm→7μm→ 8μm→9μm→10μm→5μm→3μm1μm25μm→0,分别在7~9μm 15~25μm 时波最小考虑微区分析实际情况,电子针定量单质 硼的优选束斑应为7~9μm。 (2)在不同束斑条件下,电子探针定量钐钙稀硼酸盐曲线[见图4e)~4h)]显示:0→1μm→3μm →5μm7μm8μm→9μm10μm→15μm→ 25μm,B2O3 平均和平化具有波, 但总 体 呈 先 增 加,局 部 微 降 趋 势,除 了 在 0,3,5, 25μm ,B2O3 数偏低外,他束 斑条件B2O3 围之,7~9μm 15~20μm B2O3 ;B2O3 状图显,01μm3μm→ 5μm→7μm8μm9μm10 μm15 μm25μm,,5~9μm 15~ 25μm,15μm20μm→7μm→8μm→9μm→1μm10μm0μm3μm→5μm→25μm,7~9μm 15~25μm 波动最小虑微区分析实际情况,稀土B2O3 的优选束斑应为7~9μm。

3

应用 优 选 定 量 条 件 (优 选 法 为 20kV-20nA- 8μm),(15kV-20nA-5μm),15 ,30 ,4所示验证:优选常规法BaO ,和方 均较,;B2O3 ,B2O3 ,,B2O3 ,理论;③ ,,,法 测 试 条 件 (20kV- 20nA-8μm)确和

4 结论

总结出了一套用于定量硼元素的电子探针测试 条件:激 发 电 压 (20kV)-(20nA)-(8~ 9μm),该方法测定足实,果较常规法更准,电子探针定量分析

来源:材料与测试网