СМЕСЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ПРИ РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОМ ОПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕМЕНТОВ III - V ГРУПП ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ ЛАНГАСИТОВ И ГРАНАТОВ Российский патент 1996 года по МПК G01N23/223 G01N1/28 

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к рентгеноспектральному анализу материалов.

Известна смесь для приготовления образцов сравнения, содержащих элементы I-VIII групп периодической системы элементов, представляющая собой смесь бората щелочного металла или борсодержащих веществ (оксид бора, борная кислота), составляющая 90 мас. смеси, и карбоната щелочного металла, массовая доля которого составляет 10% Приготовленную смесь расплавляют вместе с оксидами определяемых элементов, а образующуюся массу после охлаждения подвергают гранулометрической обработке [1]
Недостатками указанной смеси являются высокая температура сплавления ее с гранатами и лангаситами, более 1323 К, малая растворимость соединений со структурой граната и лангасита в этой смеси, высокая вязкость, которая затрудняет процесс гомогенизации образцов, вследствие чего воспроизводимость определения элементов не удается снизить менее чем 0,05, малая экспрессность получения образцов ввиду многостадийности процесса.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является смесь для приготовления образцов сравнения для рентгеноспектрального определения элементов III-V групп таблицы Д.И. Менделеева, входящих в состав соединений со структурой галлогерманата лантана. Смесь в качестве стеклообразователя содержит оксид бора 14,3 29,9 мас. оксид висмута (111) 85,2 69,8 мас. и оксид алюминия 0,3-0,5 мас. Компоненты смеси в указанных диапазонах содержаний последовательно взвешивают в платиновом тигле, туда же помещают определенную навеску вещества, содержащего определяемые элементы. После перемешивания в течение 10 мин смесь плавят 30 мин при температуре 1223 К, далее смесь выливают в металлическую форму и охлаждают [2]
Такая смесь имеет малую растворимость лангаситов и гранатов в смеси (не более 12 мас. при температуре 1223 К), недостаточную воспроизводимость (особенно по легким элементам, относительное стандартное отклонение 0,02-0,03), предъявляемую к анализу объектов электронной техники, экспрессность процесса приготовления образцов вследствие значительного числа компонентов, из которых готовится смесь, что приводит к большому числу операций взвешивания и увеличению погрешности анализа, недостаточную механическую прочность (550-570 кг/мм²), что требует определенных мер предосторожности при хранении и сокращает срок годности образцов сравнения, высокие пределы обнаружения определяемых элементов.

Перечисленные недостатки могут быть устранены, если в смесь для приготовления образцов для рентгеноспектрального определения элементов III-V групп периодической системы в соединениях со структурой лангасита и граната, содержащую в качестве стеклообразователя оксид бора 11,8-29,5 мас. дополнительно включить силикат висмута (Bi₁₂SiO₂₀) 70,5-88,2 мас.

Указанные диапазоны содержаний компонентов смеси должны быть выдержаны, так как выход за нижнюю границу указанных массовых долей по оксиду бора и верхнюю по силикату висмута приводит к невозможности получения стекловидной массы при охлаждении. Обратное соотношение массовых долей оксида бора и силиката висмута не обеспечивает требуемый уровень гомогенизации из-за высокой вязкости расплава, что делает невозможным получение образцов в одну стадию.

Введение силиката висмута в указанном концентрационном интервале позволяет получить следующие преимущества: повысить растворимость лангаситов и гранатов в смеси и снизить, таким образом, предел обнаружения определяемых элементов за счет увеличения их содержания в анализируемых образцах, получать образцы для анализа в одну стадию, используя для охлаждения не металлический, а фарфоровый тигель, повысить воспроизводимость и экспрессность за счет уменьшения числа исходных компонентов смеси, использовать в качестве внутреннего стандарта при определении легких элементов рентгеновскую линию кремния, входящего в состав основного компонента смеси кристалла силиката висмута с областью гомогенности порядка 10^-4 что также позволяет улучшить воспроизводимость анализа, повысить микротвердость образцов с 550-570 до 680-700 кг/мм².

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были приготовлены смеси ингредиентов в следующих концентрационных диапазонах: cиликат висмута 85,43 мас. оксид бора 14,57 мас. и рентгеноспектральным методом были проанализированы лангасит и галлий-гадолиниевый гранат на содержание входящих в их состав элементов. Аналогичная процедура была проделана для прототипа. Сопоставительные данные приведены в таблице.

Пример конкретного использования.

Для приготовления стекловидного образца на аналитических весах последовательно взвешивают 14,5240 г силиката висмута, 2,4760 г оксида бора и 3 г соответствующего граната или лангасита. Для простоты присвоим смеси, содержащей лангасит, 1, галлий-гадолиниевый гранат, 2, галлий-гадолиниевый гранат, легированный скандием, 3. Тщательно перемешанную смесь помещают в платиновом тигле и муфельную печь и выдерживают при температуре 1223 К в течение 20 мин. Затем расплав выливают в фарфоровую форму и охлаждают до комнатной температуры. Полученный таким способом образец удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к стекловидным излучателям, и может быть использован для рентгеноспектрального анализа.

Аналогичная процедура была проделана с прототипом. Для этого был использован следующий состав смеси: масса оксида висмута (111) 14 г, оксида алюминия 0,1 г, оксида бора 3,5 г и соответственно лангасита или граната 2,4 г. Для удобства сопоставления смесям содержащим La₃Ga₅SiO₁₄, Gd₃Ga₅О₁₂, Gd₃Sc_1,8Ga_3,2О₁₂, присвоим номера 1¹,2¹,3¹.

Из экспериментальных данных, представленных в таблице, следует, что смесь предлагаемого состава для приготовления образцов при рентгеноспектральном определении элементов в составе исследованных лангаситов и гранатов позволяет растворять их или смесь оксидов, отвечающую составу указанных материалов, до содержания их в смеси 15 мас. что обеспечивает повышение воспроизводимости анализа (относительное стандартное отклонение не выше 0,01, в то время как прототип дает 0,02-0,03) и экспрессности получения образца в 1,5-2 раза, увеличение механической прочности образца и существенное снижение пределов обнаружения для всех определяемых элементов.

Использование: в аналитической химии, для приготовления образцов при неразрушающих методах контроля материалов, в частности, при рентгеноспектральном анализе элементов. Сущность изобретения: при определении содержания в материалах элементов III - Y Периодической системы, входящих в состав лангаситов и гранатов, составляют смесь для приготовления образцов, содержащую оксид бора в качестве стеклообразователя и силикат висмута при следующем соотношении компонентов, мас. %: силикат висмута 72,12 - 88,16; окись бора 11,84 - 27,88. 1 табл.

Смесь для приготовления образцов при рентгеноспектральном определении элементов III - V групп Периодической системы, входящих в состав соединений со структурой лангасита и граната, содержащая в качестве стеклообразователя оксид бора, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит силикат висмута при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Силикат висмута - 72,12 - 88,16
Оксид бора - 11,84 - 27,88