一、 应用概述
铝电解质成分决定初晶温度和电解温度的稳定性，近些年，国内部分企业铝电解质出现成分多元化、物相复杂化，由此带来铝电解质分子比的变化，从而对生产和能耗带来不确定性。
铝电解质分子比的分析是电解铝行业的难点，一般采用湿法化学法、X射线荧光光谱法（XRF）、X射线衍射法（XRD）等，湿法化学法分析周期长，无法满足生产工艺实时控制的需求；X射线衍射法绘制标准曲线工作量大，定量所有物相十分困难，需要有经验者才能完成；常规X射线荧光光谱法在分析速度、样品制备等方面满足企业质量控制要求，但由于轻元素（尤其氧、氟）灵敏度较低，以及维护和稳定性差等问题，是企业在使用中面临的困难。
铝电解质分子比的分析需要准确定量电解质中O、F、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Fe、Li等元素含量，对XRF轻元素灵敏度与稳定性有极大的挑战。单波长激发-能量色散X射线荧光光谱仪（HS XRF®）采用双曲面弯晶单色化聚焦激发技术，大幅提升轻元素检测灵敏度，结合全息基本参数法（Holospec FP 2.0）精确计算元素间吸收-增强效应等，开创性改变铝电解质分析难点，为电解铝行业提供高效可行的分析方法。
二、性能数据
• 铝电解质分子比分析方法：全元素化学平衡法
HS XRF®与 Holospec FP 2.0 定量分析铝电解质样品中O、F、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Fe、V、Ti、Mn等元素含量，将测定的Si、Fe、V、Ti、Mn换算为氧化物的含量，余量的O为Al2O3结合的O，则可推算出Al2O3中Al的含量；则余量的Al为AlF3；将测定的Na、Mg、K、Ca含量换算为NaF、MgF2、KF、CaF2；余量的F为LiF。根据标准物质或企业质控样品建立计算和含量值的校正关系模型，减少分析误差。
全元素化学平衡分析法：
• 铝电解质样品元素荧光谱图
• 元素检出限
| 元素 |
O |
F |
Na\Mg |
Al\Si |
P\S\Cl |
K\Ca |
Fe |
| 检出限（%） |
0.3 |
0.1 |
0.01 |
0.005 |
0.0005 |
0.001 |
0.0005 |
• 稳定性
表3 三七质控样品ICP-MS和HS XRF测定结果汇总表
| 样品名称 |
时间 |
表达式 |
Major |
Minor |
| F(%) |
Na(%) |
Al(%) |
Ca(%) |
SiO2(%) |
Fe2O3(%) |
| 分子比 |
校正值 |
校正值 |
校正值 |
校正值 |
校正值 |
校正值 |
| S610629-1 |
2021-11-29 |
2.47 |
54.33 |
25.50 |
12.10 |
3.041 |
0.529 |
0.0216 |
| S610629-1 |
2021-11-29 |
2.52 |
54.38 |
25.41 |
12.02 |
3.006 |
0.527 |
0.0214 |
| S610629-1 |
2021-11-29 |
2.50 |
54.51 |
25.42 |
11.98 |
3.017 |
0.525 |
0.0211 |
| S210629-1 |
2021-11-30 |
2.45 |
54.59 |
25.47 |
12.05 |
3.003 |
0.518 |
0.0214 |
| S210629-1 |
2021-11-30 |
2.45 |
54.53 |
25.54 |
12.04 |
3.011 |
0.520 |
0.0211 |
| S210629-1 |
2021-11-30 |
2.46 |
54.58 |
25.45 |
12.02 |
3.009 |
0.517 |
0.0206 |
| S210629-1 |
2021-12-01 |
2.54 |
54.40 |
25.39 |
11.97 |
3.020 |
0.523 |
0.0210 |
| S210629-1 |
2021-12-01 |
2.54 |
54.53 |
25.34 |
11.94 |
2.989 |
0.521 |
0.0209 |
| S210629-1 |
2021-12-01 |
2.52 |
54.50 |
25.37 |
11.95 |
2.976 |
0.514 |
0.0209 |
• 准确性
Al2O3数据对比结果
| 样品编号 |
Al2O3(%) |
| MERAK-AMR |
重量法 |
偏差 |
| D20211202-F2-0930 |
40.55 |
40.93 |
-0.9% |
| D20211019-X3-0830 |
22.04 |
21.56 |
2.2% |
| D20211021-X1-0830 |
26.45 |
27.08 |
-2.3 |
| D20211123-X1-0830 |
21.61 |
21.02 |
2.8% |
| D20211123-X2-0830 |
17.04 |
16.62 |
2.5% |
说明：根据单波长激发-能量色散X射线荧光光谱法针对铝电解质的全元素化学平衡分析法，关键是分析除去Li之外的元素含量，通过化学平衡法得到各组分的含量，上述数据表明MERAK-AMR通过对各元素的精确定量分析，得到的Al2O3含量值与重量法的一致性，即表明了此检测方法的可行性与准确性。
三、方法原理
（专利号:ZL 2017 1 0285264.X）
• 硬件核心技术：单波长激发-能量色散X射线荧光光谱仪（HS XRF®）
1. 单色化激发
X射线管出射谱经全聚焦型双曲面弯晶单色化入射样品，降低由于X射线管出射谱连续散射线产生的背景干扰2个数量级以上
2. 聚焦激发
能量聚焦，进一步增加SDD探测器接收样品元素荧光射线强度
• 全息基本参数法（Holospec FP 2.0）
参数法（FP: Fundamental Parameters method）是X射线荧光领域的核心算法和研究重点。安科慧生研发人员历时十几年，颁布全息基本参数法-Holospec FP 2.0，将基本参数法的应用提升到前所未有的水平。
Holospec FP与常规FP区别：
1) 全谱拟合：当前唯一采用全谱拟合的基本参数法
2) 完整性：基本参数库结合先进的数学模型（Advanced MM），从而完成对XRF整个物理学过程的数字化描述
3) 快速：CPU多核并行运算结合GPU单元，采集谱图与海量运算同步完成
4) 可视化与支持用户开发：可视化图形界面与开放的参数设置
Holospec FP功能与优势：
1) 通过精确计算消除（或减少）XRF物理学各种效应
2) 达到元素无标定量分析精度
3) 减少标准物质要求，快速建立XRF元素分析方法
4) 提升元素定量精度和扩展样品适应性
四、特点优势
全元素分析
同步分析铝电解质样品中O、F、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Fe，以及P、S、Cl、Mn、Ti等杂质元素；
稳定性
无需制冷、无需真空、无需钢瓶气体，在实验室条件下，仪器长期运行稳定可靠；
准确性
通过少量标准样品或质控样品，即可快速建立分析方法，得到高准确度的铝电解质分子比测试数据；
速度快
仅需要对样品研磨和压片处理，仪器分析时间3-5分钟/样品；
运行成本低
无需气体、化学试剂等消耗，仪器使用成本是大型XRF的五分之一；
五、分析流程图
原创声明：本文除注明引用之外属于安科慧生（Ancoren）公司原创，若有转发和引用，必须注明出处，否则可能涉及侵权行为！
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