一次γ′相是决定高温合金性能的主要强化相,深入分析一次γ′相尺寸、体积分数具有重要意义。本研究聚焦于GH4096高温合金中的一次γ′相的微观结构特征,采用聚焦离子束(FIB)三维重构技术对一次γ′相进行了三维形态的精确表征,利用高通量扫描电子显微镜进行了二维大视场的表征,发现三维切片中的一次γ′相具有形状不规则、与背景灰度相近,部分晶粒内部包含孪晶等多种干扰因素,不易识别。为此引入了人工智能技术来快速识别三维切片图像中的一次γ′相,最终实现三维可视化表征。三维表征与二维表征结果对比表明,两种方法均显示一次γ′相尺寸集中在1.5 μm以上,累计体积分数和面积分数基本一致,前者为14.915%,后者为14.925%。相较于传统的二维图像分析,三维表征技术提供了更为丰富的信息,能全面描述一次γ′相的微观结构,更加清晰地展现一次γ′相的空间排布。

非调质钢中硫化物是评价产品质量的重要指标,其形态和分布的调控是制约钢材品质和性能提升的关键瓶颈。采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和碳硫分析仪对未改质和碲改质36MnVS4非调质钢中的硫化物形态及评级、硫含量偏析情况进行对比解析,研究了碲对36MnVS4非调质钢的影响。结果表明:碲添加后将部分硫化物改质成Mn(Te,S),团簇状硫化物面积占比和等效直径减小,单一型硫化物面积占比和等效直径增大;未改质铸坯最大硫偏析值为1.22,碲改质铸坯最大硫偏析值为1.14,碲能有效改善铸坯中硫化物的偏析;碲改质后非调质钢棒材中硫化物的评级从细系2.5、粗系2.0下降为细系2.0、粗系2.0,碲改质能提升非调质钢硫化物的评级。因此,碲改质有利于改善硫化物的形态和分布,提升硫化物评级。

波长色散X射线荧光光谱法(WD-XRF)在环境监测领域用于测定土壤、沉积物样品中无机元素日益普及。经验系数法是校准模型中最常使用的方法之一。在校准模型中加入合适的基体元素可明显改善目标元素与测量强度间的线性相关关系,有利于提高未知样品测定结果的准确度。如果校准模型中基体元素数量过多,不合适的组合会导致校准模型产生“过拟合”现象。即校准模型拟合质量很好,但用于实际样品测试时,分析误差明显高于模型建立时拟合结果,不符合质控要求。采用逐步回归分析法和单元素轮换优化法筛选基体元素,可以快速得到满足质控指标的基体元素组合。校准模型中基体元素经优化后,拟合指标相关系数有明显改善。采用6家WD-XRF实验室土壤、沉积物标准样品元素实测数据验证了计算过程。研究结果表明,基体元素筛选结果与校准模型中的标准样品有关。不同标准样品构成的校准模型可能对应不同筛选结果。对应不同目标元素,采用24~31个土壤及沉积物标准样品作为验证样品考察了基体元素经优化后的校准模型准确度。合格率基本符合质控要求。讨论了方法使用中的注意事项。

以管线钢、铁锰合金、齿轮钢等钢铁材料为研究对象,考察了利用电子探针显微分析仪(EPMA)进行微区定量分析时,样品制备、标准样品选择、试验条件、死时间、背底扣除、校正方法等6大因素对定量结果的影响。结果表明:样品浸蚀会造成管线钢中Mn含量测定值偏高,Si含量测定值偏低;选用高品质纯金属标准样品和组成相近合金标准样品,铁硅合金或铁锰合金的测量误差均小于0.1%;加速电压应按不同元素相应设置,适当增大束流和计数时间可减小统计误差,Fe元素计数率大于50 000 cps时因死时间造成的测量误差达1%以上;校准曲线法建议扣除背底、ZAF校正法选取背底位置时应排除其他谱峰干扰,譬如不锈钢试样背底BG(+)波长位置因Fe K_β1谱峰干扰造成Ni元素测定值偏低5%;C、Si、Mn等有系列标准样品的元素可优先采用校准曲线法测定等。本文通过钢铁样品实例分析明确了各个因素对定量结果的具体影响程度,提供了优化建议,可为业内人员的定量分析工作提供借鉴。

氧化锆中痕量杂质会引起材料的电学、光学等性能的变化,因此准确测定氧化锆中痕量杂质元素变得至关重要。实验选择高纯铟做二次阴极,分别采用片状制样和针状制样两种方式,使用直流辉光放电质谱法(dc-GDMS)测定氧化锆中Na、Mg、Si、P、S、Fe、Y。实验考察了不同制样面积和放电参数对信号强度及信号稳定时间的影响。试验结果表明:片状制样直径约为5 mm,放电参数为2 mA、1 200 V时,基体同位素⁹⁰Zr的信号强度能在较短的时间内稳定在1.4×10⁹ cps;针状制样长度约5 mm,面积为5 mm针状铟面积的一半,放电参数为2 mA、1 000 V时,基体同位素⁹⁰Zr的信号强度几分钟之内可达到稳定,为8.8×10⁸ cps。实验还对比了两种制样方式对测定结果的影响:使用针状制样时,采用仪器自带的标准相对灵敏度因子(RSF_Std)所得结果与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)的测定结果基本一致。而使用片状制样时,除元素Y的一致性较好以外,其余元素误差较大;需通过采用质控样品(经ICP-MS、ICP-AES测定)对RSF_Std进行校正,修正后的片状制样测定结果和参考值基本一致。

为快速、准确、无损检测矿石中的金元素,采用蒙特卡罗法,利用GEANT4程序建立了能量色散X射线荧光光谱仪(EDXRF)直接测量金的物理模型。模拟粒子在整个光路中经历电子打靶-滤光片-激发样品等3个阶段的运行轨迹,分析其不同阶段的计数效果及X射线荧光谱图,通过采用蒙特卡罗法模拟EDXRF中各个关键部件的不同参数,包括X射线管靶材、X射线管管压、滤光片等,建立了直接快速测定矿石中金的模拟方法,进一步拓宽了矿石中金的检测手段并提高检测效率。利用GEANT4软件模拟结果表明,对于金元素的高效激发,选用钼靶作为阳极靶材,X射线管管压40 kV,滤光片材质选择铝。通过搭建测试平台,对不同X射线管管压和不同材质滤光片进行试验论证,其试验结果与模拟结果的变化趋势基本一致,表明建立的模拟方法可以为后续研发测定金的X射线荧光光谱仪(XRF)提供设计依据。

总氮是评价水质状况和水体富营养化的重要参数,因此,如何快速准确地测定水样中的总氮,对于评价环境质量状况、反映水污染治理成效、实施环境管理具有重要意义。为了提高环境水样中总氮测定的准确度,本文以35 g/L碱性过硫酸钾(K₂S₂O₈)溶液作消解液,将水样中的含氮化合物转化为硝酸盐氮后,以体积比为1∶1∶4的水、盐酸和三氯化钛作还原液,将过硫酸钾氧化的硝酸盐氮还原为气相分子吸收光谱仪能够测定的一氧化氮气体,再以盐酸(1+2)、葡萄糖和柠檬酸钠作氧化液,去除消解器和管路中残留的过硫酸钾及钛氧化物,从而建立了在线紫外消解-气相分子吸收光谱法测定环境水样中总氮的方法。方法中总氮测定的检出限为0.02 mg/L,校准曲线线性相关系数为0.999 9,在线紫外消解效率(R)为98.8%。按照实验方法测定水质总氮环境标准样品/标准使用液中总氮,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为0~2.0%,相对误差(RE)为-1.8%~0.53%。分别采用本法和碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(HJ 636—2012)测定10个环境水样中的总氮,两种方法测定总氮的结果基本一致,但本法无需经过复杂的高温高压消解前处理,并且更适合分析低浓度环境水样中的总氮。

稀土资源已成为现代工业化建设的战略性资源,白云鄂博稀土精矿采用硫酸高温焙烧进行稀土的冶炼分离,期间砷的存在会降低产品质量、造成环境污染,因此有必要建立稀土硫酸焙烧冶炼工艺流程白云鄂博稀土精矿及水浸渣中砷的测定方法。实验采用盐酸-硝酸-氢氟酸酸溶体系并使用微波消解法消解样品,向消解液中加入盐酸、硫脲-抗坏血酸混合溶液,使用氢化物发生-原子荧光光谱法(HG-AFS)测定砷,从而建立了微波消解-HG-AFS测定白云鄂博稀土精矿及水浸渣中砷的方法。实验对载流浓度和硼氢化钾质量浓度进行了优化:确定了载流浓度为5%(盐酸),硼氢化钾质量浓度为20 g/L。砷在质量浓度为0.50~50.00 ng/mL时与其对应的荧光强度呈良好的线性关系,校准曲线的线性相关系数r=0.999 9;方法中砷的检出限为0.02 μg/g。实验方法用于测定白云鄂博稀土精矿及水浸渣中砷,结果的相对标准偏差(RSD, n=6)分别为4.1%和10%;加标回收率为94%～105%;与电感耦合等离子体串联质谱法(ICP-MS/MS)的比对结果表明两种方法的测定结果无显著性差异。

BCuPAg型铜磷钎料需要准确限制银和磷的添加量,现有方法分别采用重量法和分光光度法,只能进行单一元素测定。实验选择盐酸-过氧化氢密闭消解体系前处理样品,试液用22%盐酸做络合剂,确保样品完全消解且其中Ag(Ⅰ)全部以络合物[Ag(Cl)₂]^—稳定存在于试液中;选择Ag 328.068 nm、P 178.222 nm作为银、磷的分析线,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定银和磷,建立了ICP-AES测定BCuPAg型铜磷钎料中银和磷的方法。各元素校准曲线在线性范围内呈良好的线性关系,相关系数均不小于0.999 9。按照实验方法测定2个铜合金标准物质和1个BCuPAg型铜磷钎料试样中银和磷,结果的相对标准偏差 (RSD, n=6)为0.56%～1.7%。按照实验方法测定2个铜合金标准物质和5个BCuPAg型铜磷钎料试样中银和磷,测定值与认定值或机械行业标准JB/T 7520的测定值无显著性差异。

随着我国对硼资源需求不断增加,准确分析钾盐矿卤水中硼的含量对开发利用硼资源尤为重要。实验将卤水样品稀释5倍,加入8.0 g阳离子交换树脂,离子交换30 min,分离卤水中高浓度的金属阳离子,选择B 249.678 nm为硼的分析谱线,建立了离子交换树脂分离-电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定钾盐矿卤水中硼的方法。硼的校准曲线线性关系良好,相关系数为1.000;方法中硼的检出限为0.002 6 μg/mL,定量限为0.010 4 μg/mL。实验方法用于测定7个钾盐矿卤水中硼,结果的相对标准偏差(RSD,n=12)为0.63%~1.1%,加标回收率为95%~105%,均符合DZT 0130.6—2006 《地质矿产实验室测试质量管理规范 第6部分:水样分析》的相关要求。按照实验方法对7个钾盐矿卤水进行前处理过后,分别采用本法和姜黄素分光光度法(HJ/T 49—1999)测定硼,两种方法测定结果相一致。本法可有效解决盐湖卤水中的盐浓度大、基体干扰严重,且常规的样品前处理很难准确测定等问题,可为盐湖卤水的开发利用提供可靠的数据支持和技术保障。

煤质活性炭因孔隙结构发达、吸附性能优异、机械强度高等特点应用广泛,准确测定活性炭中杂质元素含量对活性炭的应用和研究有着重要意义。实验采用在800 ℃灰化2 h的方法可以使5 g样品灰化完全,再用 8 mL王水将待测元素提取完全,少量的灰分残留不影响后续测定,选择Cu 324.754 nm、Fe 259.940 nm、Zn 213.856 nm、Ni 231.604 nm、Pb 229.651 nm、Cr 267.716 nm为铜、铁、锌、镍、铅、铬的分析谱线,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定铜、铁、锌、镍、铅、铬,建立了干法灰化-王水提取-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定煤质活性炭中微量铜、铁、锌、镍、铅、铬的方法。各元素的校准曲线线性相关系数均为0.999;铜、铁、锌、铬的定量限为0.000 02%(质量分数,下同),镍的定量限为0.000 05%,铅的定量限为0.000 2%。按照实验方法测定4个煤质活性炭样品中铜、铁、锌、镍、铅、铬,结果的相对标准偏差(RSD,n=7)为1.0%～7.9%;各元素的加标回收率为92%～112%。

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为当前能源领域的研究焦点,其阴极材料是该电池的关键组成部分。本文建立了熔融制样-X射线荧光光谱法(XRF)测定SOFC阴极材料中La₂O₃、BaO、SrO、Fe₂O₃、Co₂O₃、Mn₃O₄、NiO、CeO₂ 8种主次成分含量的方法。试验对熔剂种类、熔融温度与时间、氧化剂等因素进行了考察。结果表明,采用混合熔剂(m(Li₂B₄O₇)∶m(LiBO₂)=67∶33),确定稀释比为1∶10,加入1 mL硝酸锂溶液作为氧化剂,3滴溴化锂溶液作为脱模剂,在1 200 ℃熔融12 min,能够制备出透明、均匀且完整的玻璃片。通过人工合成校准样品制作校准曲线,同时探讨了谱线重叠情况以及元素间的吸收增强效应,各成分的校准曲线线性相关系数均不小于0.999。方法中各成分的检出限为0.013%～0.082%。实验方法用于SOFC阴极材料样品中8种主次成分的测定,结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为0.49%～5.1%。分别使用本法与传统化学湿法对SOFC阴极材料中的8种主次成分进行测定,并采用t检验法对测定结果进行考察,结果表明测定结果无显著性差异。