【热点应用】XRF在石墨微量无机组分分析中的应用
本文由XRF产品经理熊佳星供稿
应用背景
石墨由于其优良的结构和电学特性，是优质的锂电池负极材料。同时得益于廉价易得和易于加工的特点，石墨化碳材料成为当今商业化最早、应用最广泛且最成熟的负极材料。
在石墨材料应用于锂电行业的过程中，原生矿物当中含有的硅铝钙镁铁等杂质元素，以及通过表面处理、包覆改性、掺杂等方式引入最终产品中的不同元素，其含量信息和分布负载情况对于最终产品的比容量、倍率性能等有着突出影响。如何测定这部分无机组分对于选矿、研发及生产具有指导意义。
常用检测方法的桎梏
当前，业内较多使用湿法化学分析石墨中的微量元素，过程中需通过灰化或消解方法进行样品前处理，相关的现行标准有：JC/T 2571-2020和YS/T 587.5-2006。由于石墨材料的特性，灰化前处理对于坩埚材料非常苛刻，铂坩埚易损成本高昂，瓷坩埚存在样品损耗，其他材质坩埚易污染样品。同样的，消解法前处理则存在样品残留的问题。
解决方案
相对而言，XRF具有前处理简单、环保、安全和快速的特点，通过适宜的谱仪选型和调试可以实现宽元素范围内的ppm级分析，且具有优异的分析精度。对于石墨材料从矿产品到负极材料过程中的微量无机组分分析，XRF有着突出的应用优势。
作为拥有百年X射线分析设备研发和生产历史的XRF供应商，不仅在产品技术的研发创新方面持续发力，而且也努力通过丰富的专业知识整合技术方案以飨行业用户。对于石墨材料，通过整合旗下最新型号的Zetium高功率XRF光谱仪、一整套碳基参考物质和应用软件和知识，提供了一套一站式的分析解决方案。
Zetium
X射线荧光光谱仪
样品制备：
该方案采用了便捷的压片式样品前处理方式，不需要进行样品的消解，且过程自动化程度极高，在必要情况下可以进行整体流程的全自动化改造。样品压片如图1所示。
图1 石墨样品压片
Zetium XRF光谱仪进行分析：
前处理完成的石墨压片将在Zetium高功率XRF光谱仪上完成分析，分析中使用了特有的石墨中微量无机组分分析方案MPBG，结果中涵盖Na-Mo范围内18个无机元素的浓度结果。方案中使用的部分元素工作曲线示例如图2-4。
图2 V元素的工作曲线
图3 Ni元素的工作曲线
图4 Mo元素的工作曲线
为了适应当前石墨材料对于微量组分的关注，分析方案中的各元素曲线范围也进行了相应的浓度匹配，并评估了相应的检出下限。曲线浓度范围和检出下限信息如表1和表2所示。
表1 MPBG方案的曲线浓度范围
表1 MPBG方案的曲线浓度范围
同时，为了验证方法的有效性，本实验中使用了进口标物BAM S009进行了数据比对，部分金属元素的比对结果如表3所示。
表3 BAM 5009的XRF结构准确性对比
结
论
Conclusion
综上所述，通过一站式的分析解决方案设计充分满足业界对于石墨材料分析的需要，并最大程度上发扬了XRF方法制样和分析流程简单、元素分析范围广、结果精度高等特点。
由于目前高纯石墨标准物质稀缺，本文仅展示了少量的准确性比对结果。未来我们将继续寻找适当的碳基样品开展更详尽的数据比对工作。
【参考文献】
[1] 吴宝亮，石墨负极材料的发展历史与研究进展[J]. 炭素技术. 2022.4.
[2] 葛鹏，高纯石墨中杂质成分的检测研究[J]. 矿冶工程. 2010.6.
[3] 赵良成，碳酸钠碱熔-电感耦合等离子体发射光谱法测定石墨中的常量元素硅铝钙镁铁钛锰磷[J]. 岩矿测试. 2015.5.
[4] 罗望群，浅议石油焦对锂电池负极材料发展的重要作用[J]. 当代石油化工. 2023.1.
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的使命是通过对材料进行化学、物性和结构分析，打造出更胜一筹的客户导向型创新解决方案和服务，从而提高效率和产生可观的经济效益。通过利用包括人工智能和预测分析在内的最近技术发展，我们能够逐步实现这一目标。这将让各个行业和组织的科学家和工程师可以解决一系列难题，如最大程度地提高生产率、开发更高质量的产品，并缩短产品上市时间。
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