高灵敏度X射线荧光光谱与全息基本参数法
一、概述
煤灰是煤中矿物高温燃烧后的固态产物，其成分复杂，主要由钠、镁、铝、硅、磷、硫、钾、钙、钛、铁等元素的氧化物与盐类组成，煤灰成分分析的意义有：可以判断煤的矿物成分；为灰渣的综合利用提供数据资料；可以判断煤炭的熔融温度；根据氧化物的成分高低，大致判断煤炭燃烧时对锅炉的腐蚀状况等；因此，煤灰成分分析是煤质测试和煤质研究的重要内容。
煤灰元素多，含量范围波动大，涉及的测定方法多，需要分析人员有专业的理论基础和丰富的经验。
安科慧生研制的高灵敏度X射线荧光光谱仪MERAK-CEMII和全息基本参数法（Holospec FP 2.0），通过对煤灰成分分析的研究，其对各个元素氧化物分析的精密度满足《GB/T 1574煤灰成分分析方法》要求，同时具有样品制备简单、分析速度快、分析成本低等优势，也可延伸到煤矸石和煤矿元素成分分析。
二、 性能数据
（1）元素谱图
图：高灵敏度X射线荧光光谱仪MERAK-CEMII煤灰元素分析谱图
对于XRF较难分析的Na，高灵敏度X射线荧光光谱仪MERAK-CEMII具有低灵敏度，在煤灰分析中各元素谱峰均具有出色的灵敏度和分辨率。
（2） 线性
煤灰中元素氧化物在含量范围内均具有出色的线性。
（3） 重复性
| 分析次数 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | P2O5 | K2O | Na2O | TiO2 | SO3 |
| 1# | 37.79% | 33.93% | 4.604% | 9.731% | 1.179% | 1.455% | 0.303% | 1.482% | 1.512% | 7.469% |
| 2# | 37.77% | 33.95% | 4.605% | 9.740% | 1.185% | 1.455% | 0.307% | 1.477% | 1.502% | 7.468% |
| 3# | 37.75% | 33.95% | 4.605% | 9.752% | 1.184% | 1.451% | 0.306% | 1.487% | 1.514% | 7.456% |
| 4# | 37.80% | 33.95% | 4.612% | 9.735% | 1.178% | 1.457% | 0.307% | 1.464% | 1.512% | 7.455% |
| 5# | 37.76% | 33.94% | 4.599% | 9.740% | 1.189% | 1.451% | 0.312% | 1.489% | 1.508% | 7.465% |
| 6# | 37.79% | 33.94% | 4.605% | 9.718% | 1.180% | 1.452% | 0.303% | 1.490% | 1.510% | 7.471% |
| 7# | 37.77% | 33.96% | 4.601% | 9.712% | 1.185% | 1.453% | 0.306% | 1.505% | 1.511% | 7.463% |
| 8# | 37.80% | 33.94% | 4.615% | 9.707% | 1.181% | 1.458% | 0.310% | 1.483% | 1.507% | 7.461% |
| 9# | 37.80% | 33.95% | 4.610% | 9.725% | 1.177% | 1.449% | 0.300% | 1.469% | 1.510% | 7.470% |
| 10# | 37.79% | 33.95% | 4.605% | 9.717% | 1.182% | 1.450% | 0.311% | 1.495% | 1.508% | 7.457% |
| 11# | 37.79% | 33.95% | 4.605% | 9.718% | 1.187% | 1.456% | 0.304% | 1.472% | 1.513% | 7.468% |
| Average | 37.78% | 33.95% | 4.606% | 9.727% | 1.183% | 1.453% | 0.306% | 1.483% | 1.510% | 7.464% |
| RSD | 0.047% | 0.028% | 0.097% | 0.145% | 0.315% | 0.209% | 1.198% | 0.814% | 0.229% | 0.079% |
煤灰中元素氧化物重复性满足《GB/T 1574煤灰成分分析方法》对重复性限的要求。
（4） 准确性
| 标样名称 | SiO2(%) | Al2O3(%) | Fe2O3(%) | CaO(%) | MgO(%) | P2O5(%) | K2O(%) | Na2O(%) | SO3(%) | |
| 煤灰2# | 给定值 | 37.86 | 33.71 | 4.74 | 9.9 | 1.27 | 1.44 | 0.3 | 1.45 | 7.68 |
| 测试值 | 37.71 | 33.96 | 4.61 | 9.74 | 1.62 | 1.453 | 0.3 | 1.48 | 7.5 | |
| 偏差 | 0.40% | 0.74% | 2.74% | 1.62% | 27.56% | 0.90% | 0.00% | 2.07% | 2.34% | |
| 煤灰3# | 给定值 | 37.52 | 32.78 | 4.81 | 10.97 | 1.17 | 1 | 0.24 | 1.75 | 8.35 |
| 测试值 | 37.2 | 32.26 | 4.79 | 10.91 | 0.98 | 0.88 | 0.23 | 1.7 | 8.47 | |
| 偏差 | 0.85% | 1.59% | 0.42% | 0.55% | 16.24% | 12.00% | 4.17% | 2.86% | 1.44% | |
| 煤灰4# | 给定值 | 48.03 | 35.8 | 2.81 | 3.27 | 0.69 | 0.25 | 0.9 | 0.54 | 6.33 |
| 测试值 | 47.42 | 35.6 | 2.92 | 3.63 | 0.69 | 0.236 | 0.91 | 0.43 | 6.17 | |
| 偏差 | 1.27% | 0.56% | 3.91% | 11.01% | 0.00% | 5.60% | 1.11% | 20.37% | 2.53% | |
| 煤灰5# | 给定值 | 35.54 | 25.92 | 7.56 | 14.92 | 1.63 | 0.72 | 0.2 | 0.75 | 11.25 |
| 测试值 | 35.7 | 25.88 | 7.79 | 15.01 | 1.39 | 0.691 | 0.21 | 0.84 | 9.8 | |
| 偏差 | 0.45% | 0.15% | 3.04% | 0.60% | 14.72% | 4.03% | 5.00% | 12.00% | 12.89% | |
| 煤灰7# | 给定值 | 43.42 | 28.53 | 15.18 | 3.33 | 1.21 | 0.12 | 0.64 | 0.43 | 5.75 |
| 测试值 | 44.34 | 29.89 | 15.2 | 3.4 | 1.21 | 0.15 | 0.63 | 0.37 | 5.96 | |
| 偏差 | 2.12% | 4.77% | 0.13% | 2.10% | 0.00% | 25.00% | 1.56% | 13.95% | 3.65% | |
通过对部分煤灰标准样品的分析，MERAK-CEMII对煤灰中元素氧化物分析准确度高，结果稳定可靠。
三、 方法原理
• 发明专利
【专利名称：一种高灵敏度单色激发多元素X射线荧光光谱仪，专利号：ZL201510567341.1】
1、硬件核心技术：高灵敏度X射线荧光光谱仪（HS XRF®）
（1）单色化激发
降低X射线管出射谱经样品散射线背景干扰2个数量级
（2）聚焦激发
能量聚焦，增加SDD探测器接受样品元素荧光射线强度
（3）二次靶技术
采用二次靶技术，激发XRF易检测的常量元素
2、全息基本参数法（Holospec FP 2.0）
参数法（FP: Fundamental Parameters method）是X射线荧光领域的核心算法和研究重点。安科慧生研发人员历时十几年，颁布全息基本参数法-Holospec FP 2.0，将基本参数法的应用提升到前所未有的水平。
Holospec FP与常规FP区别：
1) 全谱拟合：当前唯一采用全谱拟合的基本参数法
2) 完整性：基本参数库结合先进的数学模型（Advanced MM），从而完成对XRF整个物理学过程的数字化描述
3) 快速：CPU多核并行运算结合GPU单元，采集谱图与海量运算同步完成
4) 可视化与支持用户开发：可视化图形界面与开放的参数设置
Holospec FP功能与优势：
1) 通过精确计算消除（或减少）XRF物理学各种效应
2) 达到元素无标定量分析精度
3) 减少标准物质要求，快速建立XRF元素分析方法
4) 提升元素定量精度和扩展样品适应性
四、方法特点
• 操作简单
• 分析速度快
样品制备约每个样品十分钟，仪器分析5分钟内；
• 多元素同步分析
一次性分析煤灰、煤矸石中从Na-Zn十几个元素，以氧化物方式给出结果；
• 分析精度高
重复性和再现性优于《GB/T 1574煤灰成分分析方法》精密度要求；
【检测数据来源：安科慧生XRF技术支持】
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