【熱點應用】XRF在石墨微量無機組分分析中的應用

本文摘要

本文介紹了馬爾文帕納科為石墨微量無機組分提供了一種前處理簡單、環保、安全且快速的分析方法。這套XRF分析方法，采用壓片制樣，樣品無需消解，過程自動化程度高，為選礦、研發及生產提供了更高效、便捷且準確的解決方案。

應用背景

石墨由于其優良的結構和電學特性，是優質的鋰電池負極材料。同時得益于廉價易得和易于加工的特點，石墨化碳材料成為當今商業化最早、應用廣泛且成熟的負極材料。

在石墨材料應用于鋰電行業的過程中，原生礦物當中含有的硅鋁鈣鎂鐵等雜質元素，以及通過表面處理、包覆改性、摻雜等方式引入最終產品中的不同元素，其含量信息和分布負載情況對于最終產品的比容量、倍率性能等有著突出影響。如何測定這部分無機組分對于選礦、研發及生產具有指導意義。

常用檢測方法的桎梏

當前，業內較多使用濕法化學分析石墨中的微量元素，過程中需通過灰化或消解方法進行樣品前處理，相關的現行標準有：JC/T 2571-2020和YS/T 587.5-2006。由于石墨材料的特性，灰化前處理對于坩堝材料非常苛刻，鉑坩堝易損成本高昂，瓷坩堝存在樣品損耗，其他材質坩堝易污染樣品。同樣的，消解法前處理則存在樣品殘留的問題。

馬爾文帕納科解決方案

相對而言，XRF具有前處理簡單、環保、安全和快速的特點，通過適宜的譜儀選型和調試可以實現寬元素范圍內的ppm級分析，且具有優異的分析精度。對于石墨材料從礦產品到負極材料過程中的微量無機組分分析，XRF有著突出的應用優勢。

馬爾文帕納科作為擁有百年X射線分析設備研發和生產歷史的XRF供應商，不僅在產品技術的研發創新方面持續發力，而且也努力通過豐富的專業知識整合技術方案以饗行業用戶。對于石墨材料，馬爾文帕納科通過整合旗下最新型號的Zetium高功率XRF光譜儀、一整套碳基參考物質和應用軟件和知識，提供了一套一站式的分析解決方案。

Zetium 

X射線熒光光譜儀

樣品制備：

該方案采用了便捷的壓片式樣品前處理方式，不需要進行樣品的消解，且過程自動化程度高，在必要情況下可以進行整體流程的全自動化改造。樣品壓片如圖1所示。

圖1 石墨樣品壓片

Zetium XRF光譜儀進行分析：

前處理完成的石墨壓片將在Zetium高功率XRF光譜儀上完成分析，分析中使用了馬爾文帕納科的石墨中微量無機組分分析方案MPBG，結果中涵蓋Na-Mo范圍內18個無機元素的濃度結果。方案中使用的部分元素工作曲線示例如圖2-4。

圖2 V元素的工作曲線

圖3 Ni元素的工作曲線

圖4 Mo元素的工作曲線

為了適應當前石墨材料對于微量組分的關注，分析方案中的各元素曲線范圍也進行了相應的濃度匹配，并評估了相應的檢出下限。曲線濃度范圍和檢出下限信息如表1和表2所示。

表1 MPBG方案的曲線濃度范圍

表1 MPBG方案的曲線濃度范圍

同時，為了驗證方法的有效性，本實驗中使用了進口標物BAM S009進行了數據比對，部分金屬元素的比對結果如表3所示。

表3 BAM 5009的XRF結構準確性對比

結論

綜上所述，馬爾文帕納科通過一站式的分析解決方案設計充分滿足業界對于石墨材料分析的需要，并大程度上發揚了XRF方法制樣和分析流程簡單、元素分析范圍廣、結果精度高等特點。

由于目前高純石墨標準物質稀缺，本文僅展示了少量的準確性比對結果。未來我們將繼續尋找適當的碳基樣品開展更詳盡的數據比對工作。

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