铀基核燃料芯块中各元素含量的准确、快速分析对于核燃料的质量控制至关重要。本文从样品前处理、基体分离以及成分测定3个方面综述了近年来铀基核燃料芯块中主量金属、微痕量金属及非金属杂质元素含量的分析方法。样品前处理方法主要包括酸溶解法、微波消解法和直接压片法;基体分离方法主要包括萃淋法、萃取分离法、液-固相分离法及高温水解法(PH);成分测定方法主要包括滴定法、X射线荧光光谱法(XRF)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES/AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、脉冲熔融热导法、离子色谱法、氧化灼烧法、分光光度法以及离子选择电极法等。实验中可根据不同类型核燃料芯块的分析需求,选择适合的单一或联用技术。此外,文章对铀基核燃料芯块的元素含量分析的未来发展进行了展望。

铝锂合金化学成分和工艺设计直接影响其组织结构分布和合金整体使用性能,喷射成形铝合金应用了较为先进的冶炼工艺,但其工艺参数的设置会对铸锭的成分分布带来较大影响,因此喷射成形铝锂合金化学成分分布定量表征对于冶炼工艺的指导具有重要意义。本文基于微束X射线荧光光谱(μ-XRF)建立了喷射成形2195铝锂合金成分的原位定量统计分布表征方法,对2195铝锂合金中Cu、Fe、Mg、Zr和Ag 5种元素进行了无损原位定量分布表征,探究了铸锭从心部到边缘区域各元素的分布规律,发现Cu在边缘出现富集、心部次之,Fe、Mg均出现点状偏析。采用火花放电原子发射光谱法(Spark-OES)进行连续定点分析也发现铸锭边缘和心部Cu含量高于r/4(r为铸锭半径)处,与μ-XRF成分定量分布结果具有一致性。应用扫描电子显微镜结合能谱(SEM/EDS)分析技术对铸锭不同部位的组织结构进行了表征,也发现了富铜相的存在,进一步揭示了铸锭偏析的形成原因。基于μ-XRF的原位定量统计分布分析对于精细考察和评价喷射成形工艺的质量,探究解析喷射成形铝锂合金的成分、组织结构和性能的相关性具有重要意义。

本文系统综述了机器学习在金相分析领域的研究进展与应用现状。重点分析了机器学习在晶粒度评级、显微组织识别、非金属夹杂物分析、渗层检测及晶间腐蚀评估等关键环节的技术突破。同时指出现有数据质量不均、算法适用性不足、模型可解释性弱等问题。结合人工智能(AI)技术的发展,展望了构建标准化数据库、发展多模态学习框架、增强模型可解释性等未来发展方向,旨在推动金相分析向智能化、标准化方向演进,为材料研发和质量控制提供更强大的技术支持。

X射线荧光光谱法(XRF)在分析高锰铁矿石时,由于Mn含量异常(w(MnO)＞2%)会导致Fe₂O₃测定结果出现负偏差,且常规10∶1稀释比熔融制样易出现样片炸裂、成型困难等问题,为此,本研究对校准方法、制样条件与干扰校正进行了系统优化。首先,通过将锰矿石和铁矿石国家一级标准物质按比例混合,配制系列梯度校准样品,拓宽了MnO和Fe₂O₃的测定范围,弥补了高锰(w(MnO)>0.5%)与高铁(w(Fe₂O₃)>30%)含量区间的校准空白。其次,通过优化稀释比、熔融温度与时间等制样条件,确定最佳熔样方案为稀释比14∶1、加入LiBr溶液和NH₄I溶液为脱模剂、在1 050 ℃下熔融10 min,显著提高了熔片质量与制备成功率。最后,采用理论α系数法与经验系数法相结合校正基体效应,并扣除Fe Kα谱线中Mn Kβ谱线的重叠干扰,有效解决了高铁背景下高锰引起的Fe₂O₃测定失真问题。采用实验方法对高锰铁矿石样品中SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O、TiO₂、P₂O₅、MnO 10种主量组分进行测定,结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为0.29%～8.3%。其中低含量组分Na₂O的RSD相对较高,但所有测定值均满足DZ/T 0130—2006《地质矿产实验室测试质量管理规范》要求。进一步使用铁矿石标准样品进行正确度验证,各组分测定值与标准值吻合良好,相对误差符合规范要求。另选取某矿区2个高铁高锰铁矿石样品,与国家标准方法(重量法测定SiO₂,滴定法测定Al₂O₃、CaO、MgO,分光光度法测定Fe₂O₃、TiO₂、P₂O₅,原子吸收光谱法测定Na₂O、K₂O、MnO)进行对比,结果显示两种方法测定结果一致,均符合DZG 93—07《铁矿石分析规程》的误差允许范围。本研究建立的高锰铁矿石XRF分析方法,成功克服了高锰基体干扰与制样难题,适用于实际样品分析。

准确测定煤和矸石中Ga、V、P元素含量,对伴生元素资源化利用、煤质评价及环境污染评估具有重要意义。现行国家标准方法(GB/T 8208—2007、GB/T 19226—2003和GB/T 216—2003)需在不同温度下高温灰化样品后采用分光光度法分别测定Ga、V、P,流程相对繁琐,且高温过程易导致部分元素挥发损失,无法实现多元素同步前处理与测定。本文基于HNO₃、H₂SO₄和H₂O₂的强氧化性,将样品中有机质氧化为CO₂予以去除,有效消除含碳物质对Ga、V、P的吸附与包裹作用,避免了高温灼烧除碳过程;此外,引入HF,与HNO₃、H₂SO₄构成混酸体系,显著提升了含硅矿物的分解效率,据此实现了电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对煤和矸石样品中Ga、V、P的同步测定。各元素校准曲线相关系数(r)均为1.000 0,Ga、V、P的检出限为0.29～2.43 μg/g,定量限为1.2～9.7 μg/g。按照实验方法测定煤和矸石中Ga、V、P,结果的相对标准偏差(RSD,n=7)为1.7%～9.4%;方法比对结果显示,本方法与国家标准方法的测定结果经t检验无显著性差异,由此证明所建方法准确可靠。

本研究建立了一种基于固相萃取-高效液相色谱(SPE-HPLC)联用的分析方法,用于定量检测镍电积液中的微量添加剂水杨酸钠(SS)和2,5-二甲基-3-己炔-2,5-二醇(HD-M)。通过对前处理条件的系统优化,确定以亲水亲脂平衡(HLB)固相萃取柱进行富集净化,SS和HD-M的最佳上样体积分别为100 mL和80 mL,并分别选用甲酸-乙腈(8∶2,V/V)和甲醇-水(8∶2,V/V)作为洗脱剂。色谱分析采用C18色谱柱与紫外检测器,实现了两种添加剂的有效分离与检测。在优化条件下,SS和HD-M分别在0.1～10 μg/mL和0.2～10 μg/mL范围内线性关系良好,方法灵敏度高,SS和HD-M的检出限分别为0.03 μg/mL和0.06 μg/mL,定量限分别为0.1 μg/mL和0.2 μg/mL。精密度和加标回收试验结果显示,SS和HD-M测定结果的相对标准偏差(RSD,n=5)为3.0%～6.1%,回收率为83.36%～95.35%。将方法应用于实际电积镍车间样品分析,在阴极液(循环口及隔膜袋内)中均能稳定检出SS与HD-M,而在阳极液中未检出,结果符合工艺预期。本方法可有效克服高盐基体的干扰,适用于电积镍生产过程中添加剂浓度的实时监测,为优化工艺参数、保障产品质量提供了有力的分析依据。

铈是改善汽车轻量化散热器用高导热高强度镁合金性能的关键稀土元素,但由于该类构件体积大、形状不规则,现有方法难以实现其中低含量铈的快速准确测定。本文建立了一种基于电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)的分析方法,通过F检验验证样品均匀性,优化采用25 mL盐酸(1+1)溶解样品,并利用基体匹配法消除基体效应的影响。在分析谱线Ce 404.076 nm下,铈在1.00~12.00 μg/mL范围内线性良好,线性相关系数(r)为0.999 9;方法检出限为0.000 34%。实验方法用于测定镁合金标准样品中铈,结果的相对误差(RE)为-0.89%~3.16%。按照实验方法测定汽车轻量化散热器用高导热高强度镁合金型材样品中铈,结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为0.44%~1.7%,加标回收率为92.5%~102.3%。该方法适用于散热器用镁合金型材中低含量铈的准确测定,为材料性能评价提供了可靠分析手段。

针对中性及碱性土壤有效磷的高通量检测需求,实验建立了超声浸提-离心分离-钼锑抗分光光度联用检测体系。通过优化浸提剂浓度、超声浸提温度和时间、离心分离时间等关键参数,确定了最佳浸提条件。基于钼锑抗显色原理在880 nm波长处建立了校准曲线,校准曲线的线性相关系数为0.999 8,表观摩尔吸光系数为1.75×10⁴ L·mol^-1·cm^-1。方法检出限为0.34 mg/kg、定量限为1.36 mg/kg。实验方法用于测定4种土壤有效态成分分析标准物质有效磷,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为2.5%～8.5%;测定平均值均位于认定值的不确定度范围内,相对误差(RE)为-4.61%～1.33%。按照实验方法测定2个第三次全国土壤普查的典型土壤样品有效磷,回收率为92%～105%;分别采用本法与农业行业标准NY/T 1121.7—2014(样品前处理采用振荡浸提)测定第三次全国土壤普查的典型土壤样品有效磷,两种方法测定结果相一致。相较于标准方法,本体系浸提效率显著提升,为土壤普查等大规模检测任务提供了高效技术支撑。

针对炼钢促进剂中三氧化二铁含量检测标准与产品标准范围不匹配,以及现行检测方法存在不足的问题,本文建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定炼钢促进剂中低含量三氧化二铁(w≤5%)的分析方法。样品经盐酸加热溶解、过滤后,将残渣灰化,再以碳酸钠-硼酸混合熔剂(m∶m=2∶1)熔融,熔融物经盐酸浸取后合并于滤液,稀释后上机测定。系统考察了溶样方式与基体干扰等关键条件,结果表明:酸溶结合碱熔融法对炼钢促进剂样品溶解效果最佳;铝基体对三氧化二铁测定存在干扰,本实验采用基体匹配法绘制校准曲线,即通过使标准溶液系列中的铝基体与待测样品溶液基本保持一致,以消除基体效应的影响。三氧化二铁含量为0.01%～5.00%(质量分数)时,校准曲线线性关系良好,相关系数为0.999 9;方法检出限为0.003%。按照实验方法测定炼钢促进剂样品中三氧化二铁,结果的相对标准偏差(RSD,n=7)为0.46%~0.70%,分析结果与邻二氮杂菲光度法吻合;F检验结果表明,两种方法无显著性差异。对炼钢促进剂样品进行加标回收试验,加标回收率为95%～100%。

为适应锰矿石产业发展对原料品质控制的精准需求,本文对国家标准GB/T 14949.7中火焰原子吸收光谱法(FAAS)对钾、钠含量的测定进行了系统评估与修订。本次修订基于国际标准ISO 7969:1985,多家实验室共同完成。修订后的国家标准GB/T 14949.7—2024主要涉及3方面关键改进:1)增加平行测定次数,以提升结果的精密度与可靠性;2)明确分析结果的规范表示,保证数据准确性与可比性;3)简化并优化校准曲线绘制流程,提高了检测效率与校准精度。经多轮实验室内验证证实,国家标准GB/T 14949.7—2024对不同含量水平的样品测定结果准确,精密度良好。

针对高铬铁矿石中铬元素难熔融及钠、磷等元素难以同时准确测定等问题,实验通过组合高铬镍铁矿石、铁矿石、铬铁矿、红土镍矿、镍矿石等多种标准物质/标准样品,并采用混合配制方式建立校准系列,实现了熔融制样-X射线荧光光谱法(XRF)对高铬铁矿石中氧化钠、氧化镁、三氧化二铝、二氧化硅、五氧化二磷、氧化钾、氧化钙、二氧化钛、三氧化二铬、氧化锰、氧化镍共11种组分的同时测定。采用四硼酸锂-偏硼酸锂混合熔剂(质量比12∶22),控制样品与熔剂稀释比为1∶15,以碘化铵和溴化锂溶液为脱模剂,在1 100 ℃熔融15 min,可制备得到均匀透明的玻璃熔片。使用仪器自带SPECTRA^PLUS软件进行理论α系数基体校正,有效克服基体效应影响。按照实验方法测定高铬铁矿石中11种组分,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=12)为0.10%～4.8%;t检验显示该方法与经典化学法的测定结果无显著性差异;对3个高铬镍铁矿标准物质和2个由标准样品合成的样品的测定值均与认定值或参考值相一致,方法适用于高铬铁矿石的综合分析。

电解锰渣是电解锰工业产生的主要固体废弃物,其有机质含量是评估环境风险与资源化潜力的关键参数。本文针对直接应用重铬酸钾氧化-滴定法测定电解锰渣有机质时面临的挑战,通过方法改进与条件优化,建立了适用于电解锰渣样品中有机质的测定方法。重点考察了Mn(Ⅱ)的干扰行为,确定了其允许阈值,当Mn(Ⅱ) 质量分数小于5%时,对测定结果无显著影响;通过自制冷凝回流装置,有效抑制了消解过程中试剂的挥发,滴定精密度显著提高。经系统优化,确定最佳反应条件为在170～190 ℃油浴中自沸腾起反应3.5 min。按照实验方法测定5个电解锰渣样品中有机质,结果的相对标准偏差(RSD,n=11)为0.31%～4.3%,加标回收率为98.0%～100.6%。本方法填补了电解锰渣有机质专属检测标准的空白,可为电解锰渣的环境合规性判定与资源化安全利用提供可靠技术支撑。

镍钴锰酸锂是新能源汽车与消费电子产品的关键正极材料,其中镍含量直接影响其电化学性能。本文系统优化了沉淀pH值、试剂用量、陈化温度与时间等关键条件,建立了两种测定镍钴锰酸锂中镍(质量分数25.00%～55.00%)的化学分析方法,即丁二酮肟重量法,以及丁二酮肟沉淀分离-EDTA络合-氯化锌返滴定法。实验确定最佳条件为:沉淀时溶液pH 8.0～9.0,酒石酸溶液、乙酸铵溶液加入量均为10 mL,丁二酮肟乙醇溶液加入量分别为50 mL(重量法)和30 mL(返滴定法),沉淀陈化温度60～70 ℃、时间60 min、洗涤次数6次;此外,返滴定法中乙酸-乙酸钠缓冲溶液加入量为10 mL,滴定时溶液pH 5.0～6.0。精密度试验结果显示,两种方法对实际样品测定结果的相对标准偏差(RSD,n=11)分别为0.088%和0.12%,表明方法重复性良好。采用两种方法对同一镍钴锰酸锂(622型)样品中镍测定结果的一致性进行统计分析,t检验结果表明两种方法无显著性差异。对GSB 04-3990-2022标准样品进行验证,两种方法测定结果均在标准值和不确定度范围内,进一步确认了方法的可靠性。所建方法适用于镍钴锰酸锂中高含量镍的准确测定。