玻璃纤维在航空航天、轨道交通、建材风电等领域都有着广泛的应用。南京某玻璃纤维制品公司就是专业生产玻璃纤维的厂家。大多数情况下，玻璃的化学元素成分决定了其理论性能，当然生产工艺以及玻璃内部或表面缺陷等也会决定其实际性能。所以玻璃纤维的生产和研发过程中，准确控制玻璃纤维的成分及含量是高性能玻璃纤维性能稳定的基础。

鉴于成分对玻璃纤维性能，生产的重要性，该公司决定进行逆向研发，通过研究控制玻璃的化学元素配比，来指导生产工艺的改进，于是便委托我们对一批试产的玻璃纤维产品检测，想了解其各元素的含量情况。

一、需求背景

玻璃纤维的基体组分复杂，元素含量跨度也较大，进行组分测定时需要用到不同的标准物质。传统的容量法、ICP 法检测周期比较长，工作量大，技术难度高，该公司找到我们的诉求之一就是要尽快拿到检测报告，方便安排未来的生产排期。因此，寻找一种快速高效、结果稳定可靠的化学成分测试技术，就成为我们的工作重心之一。

二、方法推荐

通常玻璃纤维材料检测的成分主要有硅、铝、钙、镁、钠、钾、铁、钛、磷、锰、铬、锶、砷、锑、铈、锆、铪、钡、锌元素。X射线荧光光谱法（以下简称XRF法）是一种非侵入式、能够对不同材料中的化学组成实现快速分析的无损检测技术，建立准确的标准工作曲线后，可稳定、快速的测试矿物原料及玻璃纤维的化学成分，且长期稳定性高。此外XRF法还有测试效率高、批量大，从熔样算起，一般2个小时就可以测出所有主成分和部分微量成分的结果等优势，因此，我们推荐使用XRF法来检测此次玻璃纤维的元素含量。

三、样品处理

由于此次测试的玻璃纤维类产品，在生产过程中会添加浸润剂或粘结剂。比如：E、ECR、中碱、耐碱、高碱、高硅氧、高强、低介电、耐辐照、玄武岩、氧化铝、莫来石等玻璃纤维，以及岩棉、矿渣棉、硅酸铝棉、微纤维棉等产品。按照行业的惯例，需要高温灼烧处理去除浸润剂或粘结剂等有机物后，再测试化学成分，但是高温灼烧处理时，会造成玄武岩中亚铁含量产生变化、微纤维棉软化形成玻璃块。

化学成分易发生变化，所以该类材料的灼烧去除有机物方法要控制成分发生变化。针对此类情况我们给出了通过在较低灼烧温度下延长灼烧时间，解决去除有机物且不影响样品组成的问题。

四、仪器设备的选择相关资料

采用熔融玻璃片的方式，波长色散X射线荧光光谱（WDXRF）法测试化学元素所需要的试剂与仪器。主要包括：熔样用的混合熔剂、脱模剂、熔样设备、模具、氩甲烷气体、烘箱、天平等，以及测试用波长色散X射线荧光光谱仪。

这里，常见荧光光谱仪有波长色散和能量色散，其中波长色散的分辨率、可测元素数量以及测量下限显著优于能量色散型。鉴于玻璃纤维行业对化学成分测试有精密度高、含量范围宽、微量元素多的特点，我们就推荐了使用波长色散型设备。

五、玻璃片制备

采用熔剂与样品10：1的比例熔融制备玻璃片，该方法可降低矿物、粒度效应，提高元素测试结果准确度。玻璃纤维在前处理阶段去除浸润剂，玻璃不含有机物，直接称取试样(0.7000±0.0002)g、混合熔剂(7.0000±0.0004)g。

在检测矿物原料类产品时应注意，由于矿物原料类产品含有天然有机质和结合水，在熔融过程中此部分会挥发损失，会导致样品量发生变化。因此需要将样品称样量做部分调整。可改为“称取熔剂7.0000±0.0004g，灼烧后的试样0.7000g或未灼烧试样（0.7000×100）（/100-ω(LOI)）g，精确至0.0002g”。

六、仪器调校注意事项

1. 工作参数优化

仪器工作参数优化是决定工作曲线线性程度、灵敏度高低的重要指标，每家仪器可能有差别，就会导致相关指标有差异，所以我们要按照制造商推荐的条件设置，或者参考常见推荐的仪器工作指标设置。

2. 背景校正

为获取谱峰的净强度，当背景影响较大，即峰背比小于10时，需要扣除背景。扣除背景的方法采用单点法或两点法。当谱峰两边的背景比较平滑时，可采用单点扣除背景，多在分析线波长的长波一侧。当背景是斜坡峰时，可采用两点法，定义两个背景位。

3. 谱线重叠校正

当干扰线与分析线重叠或部分重叠时，应进行谱线重叠校正，才能得到真实的荧光强度。

4. 工作曲线拟合

试料的化学组成和物理-化学状态对分析元素荧光X射线强度的影响，包括：吸收—增强效应、颗粒度效应、表面光洁度效应、化学状态效应。因存在基体效应，X射线强度与分析元素的含量不成线性关系。对于熔融法，因不存在矿物效应和颗粒效应，只需考虑元素间的吸收增强效应。

元素间的吸收增强效应可以通过数学方程进行校准，校准方法有经验影响系数法、理论影响α系数法、基本参数法。理论α影响系数可随着影响元素的含量变化而变化，对于熔融制样，尽量采用理论α系数校正。

七、客户反馈

当X射线照射样品时，样品中元素内层电子被激发出原有轨道，产生的空位会被外层电子补充，并释放能量，即二次射线（也叫X射线荧光）。由于每一种元素都有其特征的X射线荧光，所以根据X射线荧光的能量和波长特性，开发出两种不同类型的X射线荧光光谱仪，能够对不同材料中的化学组成实现快速分析。我们推荐使用的波长色散X射线荧光光谱仪在灵敏度、精密度、检出能力等诸多方面更强，所以该公司在核查了预算后，也愉快的接受了该方案。