GB/T 43309-2023 玻璃纤维及原料化学元素的测定 X射线荧光光谱法

　　ICS 59. 100. 10 CCS Q 36

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 43309—2023

　　玻璃纤维及原料化学元素的测定

　　X 射线荧光光谱法

　　Determination ofchemicalelementsin glassfiberand itsraw materials—

　　X-rayfluorescencespectrometry

　　2023-11-27发布 2024-06-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 43309—2023

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 原理 1

　　5 试剂与仪器 1

　　6 试样制备 2

　　6. 1 纤维 2

　　6. 2 玻璃 、矿物原料及配合料 3

　　7 玻璃样片的制备 3

　　7. 1 玻璃纤维 、纤维玻璃 、矿物棉的玻璃样片 3

　　7. 2 矿物原料及配合料的玻璃样片 3

　　7. 3 标准工作曲线用标准玻璃样片 4

　　8 绘制标准工作曲线 4

　　8. 1 设置工作参数 4

　　8. 2 背景校正 5

　　8. 3 谱线重叠校正 5

　　8. 4 回归分析 5

　　8. 5 漂移校正 5

　　9 玻璃样片的测试 6

　　10 结果计算 6

　　11 测试报告 6

　　附录 A (资料性) 常见的市售标准物质(样品) 7

　　附录 B (资料性) 常用纯物质及处理条件 9

　　附录 C (资料性) 标准工作曲线绘制示例 10

　　Ⅰ

　　GB/T 43309—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国建筑材料联合会提出 。

　　本文件由全国玻璃纤维标准化技术委员会(SAC/TC245)归 口 。

　　本文件起草单位 :南京玻璃纤维研究设计院有限公司 、南京国材检测有限公司 、巨石集团有限公司 、泰山玻璃纤维邹城有限公司 、布鲁克(北京)科技有限公司 、元源新材料有限公司 、九鼎新材料有限公司 、辽宁新洪源环保材料有限公司 、泰山玻璃纤维有限公司 、湖北嘉辐达节能科技股份有限公司 。

　　本文件主要起草人 :李勇 、王 小 丽 、高 雨 萌 、王 玲 、戴 永 杰 、叶 凤 林 、张 德 刚 、应 晓 浒 、张 全 雷 、缪 银 、李刚 、王加芳 、张洋 、庞秀秀 、杨剑平 、康宜宇 、陈永健 。

　　Ⅲ

　　GB/T 43309—2023

　　玻璃纤维及原料化学元素的测定

　　X 射线荧光光谱法

　　警示— 使用本文件的人员应有正规化学实验室工作经验 。本文件并未指出所有可能的安全问题 。使用者有责任采取适当的安全和健康措施 ,并保证符合国家有关法规规定的条件。

　　1 范围

　　本文件描述了 X射线荧光光谱法测定玻璃纤维及其原料中化学元素的方法 。

　　本文件适用于各类 玻 璃 纤 维 、纤 维 玻 璃 及 其 原 料 和 配 合 料 、各 类 矿 物 棉 及 其 原 料 化 学 元 素 的 测定 ,也适用于化学元素组成类似的其他玻璃和矿物原料化学元素的测定 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 1549 纤维玻璃化学分析方法

　　GB/T 6682 分析实验室用水规格和试验方法

　　GB/T 16597 冶金产品分析方法 X射线荧光光谱法通则

　　3 术语和定义

　　本文件没有需要界定的术语和定义 。

　　4 原理

　　试样经四硼酸锂-偏硼酸锂混合熔剂熔融制备成玻璃样片 ,用原级 X射线照射玻璃样片 ,激发产生X射线荧光 ,X射线荧光的波长和强度与玻璃样片中的化学元素和其质量分数有一一对应的关系 。通过测量玻璃样片所激发出 X射线荧光的波长和强度 , 与标准玻璃样片所得到的标准工作曲线比对 ,得到玻璃样片中化学元素的质量分数 。

　　5 试剂与仪器

　　5. 1 四硼酸锂(Li2B4 O7 ) ,优级纯 , 固体 。

　　5.2 偏硼酸锂(LiBO2 ) ,优级纯 , 固体 。

　　或(5).3170(混)g偏硼酸(合熔剂), 锂(四)硼(52(酸)∶玛瑙研钵(偏硼酸锂)(6)中(7)∶研磨混匀(33或 66),∶转(3)移(4), 至瓷(称取)蒸(33)发皿(5g)或(51(3)0(3)0) 中于 700(g四硼酸)℃(锂).弗(1))炉(和)(5(1)61(5)9g)

　　中灼烧不少于 10 h,或使用市售混合熔剂 。

　　5.4 水 ,不低于 GB/T 6682中一级水的要求 。

　　5.5 碘化铵 ,分析纯 ,质量分数不小于 99% 。

　　1

　　GB/T 43309—2023

　　5.6 溴化锂 ,分析纯 ,质量分数不小于 99% 。

　　5.7 碘化铵溶液(200g/L) , 称 取 200 g 碘 化 铵(5. 5) , 溶 于 1 000 mL 水(5. 4) 中 , 混 匀 , 储 于 塑 料 瓶(5. 12)中 。

　　5. 8 溴化锂 溶 液 (15 g/L) , 称 取 15 g 溴 化 锂 (5. 6) , 溶 于 1 000 mL 水 (5. 4) 中 , 混 匀 , 储 于 塑 料 瓶(5. 12)中 。

　　5.9 玛瑙研钵 ,市售 。

　　5. 10 瓷蒸发皿 ,500 mL、1 000 mL。

　　5. 11 瓷坩埚 ,100 mL、150 mL。

　　5. 12 塑料瓶 ,1 000 mL。

　　5. 13 称量瓶 ,玻璃材质 。

　　5. 14 干燥器 , 内有变色硅胶 。

　　5. 15 搅拌棒 ,塑料或石英材质 ,直径约 2 mm。

　　5. 16 铂-黄坩埚 ,材质为 95%(质量分数)的 Pt和 5%(质量分数)的 Au,容量 30 mL。

　　5. 17 铂-黄铸模 ,材质为 95%(质量分数)的 Pt和 5%(质量分数) 的 Au,定期用粒度 14 μm 的金刚砂软膏抛光 ,使玻璃样片容易剥离 。

　　5. 18 铂金坩埚 ,带盖 ,容量 20 mL~ 50 mL。

　　5. 19 马弗炉 ,最高加热温度 800 ℃ ,温度可控制在设定温度 ±10 ℃ 。

　　5.20 烘箱 ,温度可控制在设定温度 ±2 ℃ 。

　　5.21 分析天平 ,分度值为 0. 1 mg。

　　5.22 熔样炉 ,最高温度不低于 1 200 ℃ ,温度可控制在设定温度 ±25 ℃ 。

　　5.23 马弗炉 ,最高加热温度不低于 1 200 ℃ ,温度可控制在设定温度 ±25 ℃ 。

　　5.25 波长色散 X 射线荧光光谱仪(以 下 简 称 “XRF 仪 ”) , 符 合 GB/T 16597 的 规 定 , 配 氩 甲 烷 气 体(5. 24) 。

　　5.24 氩甲烷气体 , 由高纯氩气(99. 999%)和高纯甲烷(99. 999%)组成 ,氩气 ∶ 甲烷= 90 ∶ 10(体积比) 。

　　6 试样制备

　　6. 1 纤维

　　6. 1. 1 剪取适量试样 , 放入瓷坩埚(5. 11) 中 , 在马弗炉 (5. 19) 中灼烧 , 以去除浸润剂 、粘 结 剂 等 有 机物 ,灼烧条件见表 1。

　　表 1 灼烧条件

　　样品类型

　　灼烧温度℃

　　灼烧时间min

　　玄武岩纤维 、微纤维棉

　　425±20

　　60

　　高硅氧纤维

　　700±10

　　120

　　其他纤维玻璃 、矿物棉

　　625±20

　　30

　　6. 1.2 用玛瑙研钵(5. 9)研磨至可全部通过 75 μm 孔径筛 ,质量不少于 20 g。 高硅氧纤维研磨后立即称量 ,其他纤维研磨后贮存于称量瓶(5. 13)中 ,在 105 ℃ ~ 110 ℃烘箱(5. 20) 中干燥不少于 1 h,置于干燥器(5. 14)中冷却至室温后称量 。

　　2

　　GB/T 43309—2023

　　6.2 玻璃、矿物原料及配合料

　　6.2. 1 破碎缩分后用玛瑙研钵(5. 9)研磨至可全部通过 75 μm 孔径筛 ,质量不少于 20 g。

　　6.2.2 贮存于称量瓶(5. 13)中 ,在 105 ℃ ~ 110 ℃烘箱(5. 20)中干燥不少于 1 h,置于干燥器(5. 14)中冷却至室温后称量 。

　　7 玻璃样片的制备

　　7. 1 玻璃纤维、纤维玻璃、矿物棉的玻璃样片

　　7. 1. 1 用 分 析 天 平(5. 21) , 在 铂-黄 坩 埚 (5. 16) 中 称 取 6 g~ 8 g 混 合 熔 剂(5. 3) , 准 确 至 1 mg,读 至0. 1 mg。称取 0. 6 g~ 0. 8 g 试 样 , 准 确 至 1 mg,读 至 0. 1 mg,应 确 保 混 合 熔 剂 与 试 样 质 量 比 控 制 在10 ∶ 1,放入盛有混合 熔 剂 的 铂-黄 坩 埚 (5. 16) 中 。 用 搅 拌 棒(5. 15) 混 匀 。 对 于 高 硅 氧 纤 维 应 先 按 照7. 2. 1 和 7. 2. 2测定灼烧失量 ,再称取灼烧后的试样 。

　　7. 1.2 加入 0. 2 mL碘化铵溶液(5. 7) 或 0. 4 mL溴化锂溶液(5. 8) ,放入 1 050 ℃ ~ 1 100 ℃的熔样炉(5. 22)中熔融 ,熔融过程中充分摇匀 。 10 min~ 15 min后倒入已预热至 1 050 ℃ ~ 1 100 ℃的铂-黄铸模(5. 17)中 ,冷却至室温 ,待玻璃样片与铸模自动剥离后取出玻璃样片 。

　　7. 1.3 制备好的玻璃样片宜立即进行测试 ,若无法立即进行则应放入干燥器(5. 14)内 ,并在尽可能短的时间内完成测试 。

　　7.2 矿物原料及配合料的玻璃样片

　　7.2. 1 用分析天平(5. 21) ,称取 1 g~ 3 g试样 ,准确至 1 mg,置于已质量恒定的铂金坩埚(5. 18) 中 ,盖上铂金坩埚盖 ,并留有缝隙 ,放入马弗炉(5. 23)内 ,从低温逐渐升至 1 050 ℃ ,灼烧 120 min。取出 ,置于干燥器(5. 14) 中 , 冷 却 至 室 温 , 称 量 。 反 复 灼 烧 称 量 至 质 量 恒 定 , 即 连 续 两 次 称 量 的 质 量 差 不 大 于0. 2 mg。首次灼烧时间为 120 min,其后灼烧时间可缩短 。

　　7.2.2 按公式(1)计算灼烧失量(LOI)的质量分数 :

　　wLOI ……………………( 1 )

　　式中 :

　　wLOI— 灼烧失量的质量分数 , % ;

　　m2 — 铂金坩埚的质量 ,单位为克(g) ;

　　m1 — 试样的质量 ,单位为克(g) ;

　　m3 — 灼烧后试样及铂金坩埚的质量 ,单位为克(g) 。

　　7.2.3 用 分 析 天 平(5. 21) , 在 铂-黄 坩 埚 (5. 16) 中 称 取 6 g~ 8 g 混 合 熔 剂(5. 3) , 准 确 至 1 mg,读 至0. 1 mg。称取灼烧后的试样 0. 6 g~0. 8 g,准确至 1 mg,读至 0. 1 mg,应确保混合熔剂与试样质量比控制在 10 ∶ 1,放入盛有混合熔剂的铂-黄坩埚(5. 16)中 ,用搅拌棒(5. 15)混匀 。

　　7.2.4 若称量未灼烧试样需考虑灼烧损失 ,应确保混合熔剂与灼烧后试样质量比控制在 10 ∶ 1。通常按公式(2)计算未经灼烧试样(干燥基)的称量质量 。

　　m ……………………( 2 )

　　式中 :

　　m' — 未经灼烧试样(干燥基)的质量 ,单位为克(g) ;

　　m4 — 灼烧基试样的质量 ,单位为克(g) ;

　　wLOI — 灼烧失量的质量分数 , % 。

　　3

　　GB/T 43309—2023

　　7.2.5 以下同 7. 1. 2 和 7. 1. 3。

　　7.3 标准工作曲线用标准玻璃样片

　　7.3. 1 根据样品类型选择标准工作曲线用标准物质(样品) ,每种元素质量分数应不少于 6 个梯度 ,使试样元素质量分数落在制备的标准工作曲线范围内 。常见的市售标准物质(样品)见附录 A。

　　7.3.2 根据所用 XRF仪的要求 ,准确称取质量为 m 的标准物质(样品) ,并控制称样量为(m ±0. 0004) g。若标准物质(样品)中含有灼烧失量 ,则按[(m×100)/(100-wLOI) ±0.0004]g称取标准物质(样品)质量 。

　　7.3.3 用分 析 天 平 (5. 21) , 在 铂-黄 坩 埚 (5. 16) 中 称 取 10倍 标 准 物 质 (样 品) 质 量 (m ) 的 混 合 熔 剂(5. 3) ,并控制称样量为(10m ±0. 000 4) g,确保混合熔剂与标准物质(样品)质量比控制在 10 ∶ 1。

　　7.3.4 将标准物质(样品)放入盛有混合熔剂的铂-黄坩埚(5. 16) 中 ,用搅拌棒混匀 ,按照 7. 1. 2 和 7. 1. 3制备标准玻璃样片 。

　　7.3.5 重复 7. 3. 2~ 7. 3. 4, 完成所有标准玻 璃 样 片 的 制 备 。所 有 标 准 玻 璃 样 片 所 使 用 的 标 准 物 质(样品)以灼烧基计的质量应一致 。

　　7.3.6 随同制备漂移校正玻璃样片 ,通常使用标准工作曲线中元素质量分数最高的标准玻璃样片作为该元素的漂移校正样片 。

　　7.3.7 随同制备监控玻璃样片 ,监控玻璃样片至少 3 片 ,分别覆盖标准工作曲线中所有元素质量分数的高 、中 、低水平 。

　　7.3. 8 当缺少某种特定的标准物质(样品) 时 , 可使用多个标 准 物 质(样 品) 混 合 , 或 使 用 标 准 物 质(样品)与纯物质混合等方法配制 。常用纯物质及处理条件见附录 B。

　　8 绘制标准工作曲线

　　8. 1 设置工作参数

　　待 XRF仪(5. 25)开机稳定后 ,根据标准玻璃样片中元素组成 ,选择元素谱线 ,设置分光晶体 、峰位 、电流 、电压等工作参数 ,XRF仪典型工作参数见表 2。有时电流 、电压也会随元素质量分数的不同而进行一些调整 。若 XRF仪配置的晶体不同或功率不同时 ,也可选用其他适用晶体和电流电压等参数 ,但应对最佳工作参数进行筛选或按照制造商推荐的工作参数设置 。

　　表 2 XRF仪典型工作参数

　　成分

　　元素谱线

　　分光晶体

　　峰位(°)

　　电压kV

　　电流mA

　　探测器

　　干扰谱线

　　Si

　　SiKα

　　PET

　　109. 003

　　30

　　100

　　Gas

　　—

　　Al

　　AlKα

　　PET

　　144. 606

　　30

　　100

　　Gas

　　BrLα

　　Ca

　　Ca Kα

　　LiF200

　　113. 115

　　50

　　60

　　Gas

　　—

　　Mg

　　Mg Kα

　　XS-55

　　20. 361

　　30

　　100

　　Gas

　　—

　　Na

　　NaKα

　　XS-55

　　24. 600

　　30

　　100

　　Gas

　　Zn Lβ

　　K

　　K Kα

　　LiF200

　　136. 667

　　50

　　60

　　Gas

　　—

　　Fe

　　FeKα

　　LiF200

　　57. 539

　　60

　　50

　　Sci.

　　—

　　Ti

　　TiKα

　　LiF200

　　86. 173

　　50

　　60

　　Gas

　　—

　　4

　　GB/T 43309—2023

　　表 2 XRF仪典型工作参数 (续)

　　成分

　　元素谱线

　　分光晶体

　　峰位(°)

　　电压kV

　　电流mA

　　探测器

　　干扰谱线

　　P

　　P Kα

　　XS-Ge-C

　　140. 993

　　30

　　100

　　Gas

　　—

　　Mn

　　Mn Kα

　　LiF200

　　62. 994

　　60

　　50

　　Sci.

　　Cr Kβ

　　Cr

　　Cr Kα

　　LiF200

　　69. 355

　　60

　　50

　　Sci.

　　—

　　Sr

　　Sr Kα

　　LiF200

　　25. 169

　　60

　　10

　　Sci.

　　—

　　As

　　AsKα

　　LiF200

　　34. 013

　　60

　　50

　　Sci.

　　—

　　Sb

　　SbKα

　　LiF200

　　13. 483

　　60

　　20

　　Sci.

　　—

　　Ce

　　CeLα

　　LiF200

　　71. 610

　　60

　　50

　　Sci.

　　—

　　Zr

　　ZrKα

　　LiF200

　　22. 573

　　60

　　10

　　Sci.

　　Sr Kβ

　　Hf

　　HfLβ

　　LiF200

　　39. 911

　　60

　　50

　　Sci.

　　ZrKβ

　　Hf

　　HfLα

　　LiF200

　　45. 951

　　60

　　50

　　Sci.

　　ZrKα

　　Ba

　　BaLα

　　LiF200

　　87. 169

　　50

　　60

　　Gas

　　TiKα

　　Zn

　　Zn Kα

　　LiF200

　　41. 823

　　60

　　8

　　Sci.

　　—

　　8.2 背景校正

　　当峰背比小于 10时 ,应扣除背景 。

　　8.3 谱线重叠校正

　　当干扰谱线与元素谱线重叠或部分重叠时 ,应进行谱线重叠校正 。

　　8.4 回归分析

　　8.4. 1 输入元素的工作参数 、理论 α 系数和每个标准玻璃样片中元素氧化物的质量分数 。

　　8.4.2 依次测量每个标准玻璃样片中各元素谱线强度 。

　　8.4. 3 选 择 合 适 的 校 准 方 程 进 行 回 归 分 析 , 绘 制 标 准 工 作 曲 线 。 附 录 C 给 出 了 标 准 工 作 曲 线 绘 制示例 。

　　注 : 常用的校准方程有理论 α 系数法回归方程 、经验系数法回归方程 、基本参数法回归方程等 。

　　8.5 漂移校正

　　8.5. 1 定期用监控玻璃样片检查标准工作曲线的状态 ,监控玻璃样片中元素氧化物质量分数的测定结果与其标准值的偏差应不超过标准物质(样品) 证书给出的偏差范围或 GB/T 1549给定的重复性限 。如超出 ,应进行漂移校正 。

　　8.5.2 使用漂移校正玻璃样片 ,按照仪器制造商提供的漂移校正程序运行 ,再使用监控玻璃样片检查标准工作曲线的状态 。必要时反复进行漂移校正 。

　　5

　　GB/T 43309—2023

　　9 玻璃样片的测试

　　输入样品名称 、灼烧失量 、混合熔剂质量 、试样质量 ,测量各元素特征谱线的强度 。

　　10 结果计算

　　10. 1 根据玻璃样片中各元素谱线的强度 ,按照与绘制标准工作曲线相同的校准方程校正后计算元素或氧化物质量分数 。

　　10.2 当使用测完灼烧失量后的试样时 ,按照公式(3)计算干燥基试样中元素或氧化物质量分数 。

　　w ……………………( 3 )

　　式中 :

　　w — 干燥基试样中元素或氧化物的质量分数 , % ;

　　w1 — 灼烧后试样中元素或氧化物的质量分数 , % ;

　　wLOI — 灼烧失量的质量分数 , % 。

　　11 测试报告

　　测试报告应至少包括以下内容 :

　　a) 样品名称 ,样品的来源及描述 ;

　　b) 本文件编号 ;

　　c) 测试结果 ,元素或氧化物质量分数 ;

　　d) 测试过程中必要详情描述 ;

　　e) 测试日期 。

　　6