一种TiO2中金红石型和锐钛型含量的快速定量测定方法

摘要

本发明公开了一种TiO2中金红石型和锐钛型含量的快速定量测定方法。利用金红石TiO2(R)和锐钛型YiO2(A)与第三物质的X射线粉末衍射线累积强度比IR/IC和IA/IC，换算成金红石TiO2(R)和锐钛型TiO2(A)之间的K值为0.971，通过测量金红石TiO2的(110)面、锐钛型TiO2的(101)面的粉末衍射线累积强度IR和IA，计算出待测TiO2粉体或钛白粉中的金红石型TiO2和锐钛型TiO2的含量。本方法不需要标样，方法简单，操作方便且速度快，对TiO2粉体、钛白粉的研发、生产工艺研究以及生产过程的质量控制等十分有利。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用X-射线粉晶衍射分析(XRD)定量测定样品中不同物相含量的方法，尤其是利用X-射线粉晶衍射分析(XRD)对TiO₂中金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂含量的快速定量测定方法。

背景技术

TiO₂是一种用途广泛的化工产品，有金红石型和锐钛型二种晶型。由于这二种晶型的结构不同，其化学性质和用途也不相同，不同的晶型和含量可分别用于化工催化剂、造纸、化妆品、涂料、塑料、搪瓷、电焊条焊药、电器元件的添加剂等。因此需要对TiO₂的研发、生产过程及产品中的金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂的含量进行快速测定。金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂是成份相同、结构不同的同素异构体，所以只能用衍射的方法进行测定，且其最方便、快捷的方法就是X-射线粉晶衍射分析(XRD)。X-射线粉晶衍射定量分析基本的方法有外标法、内标法和K值法。这些方法的基本情况如下：

1、外标法：需要与待测相相同的标样，要求标样与试样的线吸收系数接近。分别测量标样和试样中待测相的选定的相同晶面的衍射线累积强度，利用强度比计算试样中待测相的含量。

2、内标法：需要与待测相相同的标样(X)和参考标样(S)。用标样(X)和参考标样(S)配制成一系列参考标样(S)含量相同，标样(X)含量不同的样品，测定样品中的累积强度比(I_X/I_S)，并绘制工作曲线。在试样中加入与制作工作曲线时相同含量的参考标样(S)，测量混和样中的累积强度比(I_X/I_S)，从工作曲线上求出待测相(X)的含量。其中，I_X-待测相(准备测量的物质)的衍射线累计强度，I_S-参考标样(为了测量待测相的含量而使用的，作为基准物质的标准样品)的衍射线累计强度，以下同。

3、K值法：需要与待测相相同的标样(X)和参考标样(S)。用用标样(X)和参考标样(S)配制成参考样品，测量参考样品中标样(X)和参考标样(S)的累积强度(I_X、I_S)，算出K值。在试样中加入参考标样(S)，测量混和样中标样(X)和参考标样(S)的累积强度(I_X、I_S)，计算出待测相(X)的含量。

用标样测定K值和进行X-射线粉晶衍射定量分析，对选用的标样必须有严格的要求，要求标样：1、是结构纯物质；2、物理、化学性质稳定，不易潮解；3、可研磨性好；4、用于测量的衍射线强度要强，其峰位与待测相的测量衍射线接近又互不重叠，也不受其它衍射线干扰；5、标样的颗粒半径范围为0.1～50μm。由于对标样的要求条件所限，很难找到理想的标样，有的物质就不可能获得理想的标样，这就是至今国内外大多数的物质都不能用X-射线粉晶衍射定量分析方法进行定量相分析的原因。以上方法的共同的不足是都需要标样且耗时长，内标法和K值法地测定过程还比较复杂，不适宜对TiO₂中金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂含量的快速定量分析测定。

发明内容

为了克服现有X-射线粉晶衍射定量分析方法需要标样而不适宜对TiO₂中金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂含量的快速定量分析测定的不足，本发明提供一种不需要标样，利用X-射线粉晶衍射分析对TiO₂中金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂含量进行快速定量测定的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：TiO₂中金红石型和锐钛型含量的快速定量测定方法，使用在粉晶衍射JCPDS卡片公开数据库中可以查到的金红石TiO₂和锐钛型TiO₂与第三种物质的的X射线粉末衍射线累积强度比I_R/I_C和I_A/I_C，采用如下步骤进行定量测定：

(1)将上述X射线粉末衍射线累积强度比I_R/I_C和I_A/I_C，换算成金红石TiO₂和锐钛型TiO₂之间的K值，即(I_R/I_C)/(I_A/I_C)＝I_R/I_A＝0.791；

(2)设待测TiO₂粉体或钛白粉中的金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂的含量之和为100％，即X_R+X_A＝1；

(3)将待测TiO₂粉体或钛白粉制成粉末样，在X-射线衍射分析仪上分别测量金红石TiO₂的(110)面、锐钛型TiO₂的(101)面的粉末衍射线累积强度I_R和I_A。

(4)根据 $>>>X>R>>=>>1>>>(>>I>A>>/>>I>R>>)>>\times >0.791>+>1>\; >\times >100>\%>,>$>以及X_R+X_A＝1，计算出待测TiO₂粉体或钛白粉中的金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂的含量X_R和X_A。

(5)根据待测TiO₂粉体或钛白粉中的杂质含量，计算出TiO₂的含量占待测TiO₂粉体或钛白粉总量的百分比为n％，对上述计算出的待测TiO₂粉体或钛白粉中的金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂的含量X_R和X_A进行修正为：X_R＝X_R×n％，X_A′＝X_A×n％。

本发明的有益效果是，由于利用了现有的、在粉晶衍射JCPDS卡片索引，在公开数据库中可以查到的金红石TiO₂(R)和锐钛型TiO₂(A)与第三物质的X射线粉末衍射线累积强度比I_R/I_C和I_A/I_C，来计算出金红石TiO₂(R)和锐钛型TiO₂(A)之间的K值为0.971的方式不用测量K值，因而不需要标样即可测定并计算出TiO₂粉体或钛白粉中的金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂的含量在方法简单，操作方便且速度快。不用在分析样品中加入任何标样或其它物质，直接进行测量，没有称样、制样、混样、样品不均匀等等步骤和问题，是真正意义上的无标定量分析方法。用K值法测量测定一个样品要两小时以上，用本发明的方法测定一个样品用时不到十分钟，尤其适合于对TiO₂粉体、钛白粉中的金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂的含量进行快速测定，对TiO₂粉体、钛白粉的研发、生产工艺研究以及生产过程的质量控制、产品质量的测定十分有利。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

各符号的具体含义如下：

I_R-金红石型TiO₂的(110)晶面衍射线的累计强度；

I_A-锐钛型TiO₂的(101)晶面衍射线的累计强度；

I_C-是JCPDS卡片索引中第三物质的衍射线累计强度；

X_R-金红石型TiO₂的含量；

X_A-锐钛型TiO₂的含量；

K-比例常数。

本发明的TiO₂中金红石型和锐钛型含量的快速定量测定方法，使用在粉晶衍射JCPDS卡片公开数据库中可以查到的公开发布的、全世界公认和通用的金红石TiO₂和锐钛型TiO₂与第三种物质的的X射线粉末衍射线累积强度比I_R/I_C和I_A/I_C，采用如下步骤进行定量测定：

(1)将上述X射线粉末衍射线累积强度比I_R/I_C和I_A/I_C，换算成金红石TiO₂和锐钛型TiO₂之间的K值，即(I_R/I_C)/(I_A/I_C)＝I_R/I_A＝0.791；

(2)设待测TiO₂粉体或钛白粉中的金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂的含量之和为100％，即X_R+X_A＝1；

(3)将待测TiO₂粉体或钛白粉制成粉末样，在X-射线衍射分析仪上分别测量金红石TiO₂的(110)面、锐钛型TiO₂的(101)面的粉末衍射线累积强度I_R和I_A。

(4)根据 $>>>X>R>>=>>1>>>(>>I>A>>/>>I>R>>)>>\times >0.791>+>1>\; >\times >100>\%>,>$>以及X_R+X_A＝1，计算出待测TiO₂粉体或钛白粉中的金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂的含量X_R和X_A。

(5)根据待测TiO₂粉体或钛白粉中的杂质含量，计算出TiO₂的含量占待测TiO₂粉体或钛白粉总量的百分比为n％，对上述计算出的待测TiO₂粉体或钛白粉中的金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂的含量X_R和X_A进行修正为：X_R′＝X_R×n％，X_A′＝X_A×n％。

以上所述的第三种物质可以是：α-Al₂O₃、Zn粉、α-Fe₂O₃等，其金红石TiO₂和锐钛型TiO₂与α-Al₂O₃、Zn粉、α-Fe₂O₃的X射线粉末衍射线累积强度比I_R/I_C和I_A/I_C，以及所换算的K值见下表：

 α-Al₂O₃    Zn粉  α-Fe₂O₃    I_R/I_C 3.40    0.895  1.417    I_A/I_C 4.30    1.132  1.792    K 0.7907，取0.791    0.7906，取0.791  0.7907，取0.791

实施例：TiO₂中金红石型和锐钛型含量的快速定量测定方法，使用在粉晶衍射JCPDS卡片索引公开数据库中金红石TiO₂和锐钛型TiO₂与α-Al₂O₃的X射线粉末衍射线累积强度比I_R/I_C＝3.40和I_A/I_C＝4.30，采用如下步骤进行定量测定：

(1)将上述X射线粉末衍射线累积强度比I_R/I_C＝3.40和I_A/I_C＝4.30，换算成金红石TiO₂和锐钛型TiO₂之间的K值，即(I_R/I_C)/(I_A/I_C)＝I_R/I_A＝0.7907，取K＝0.791；

(2)设待测TiO₂粉体或钛白粉中的金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂的含量之和为100％，即X_R+X_A＝1；

(3)将待测TiO₂粉体或钛白粉制成粉末样，在X-射线衍射分析仪上分别测量金红石TiO₂的(110)面、锐钛型TiO₂的(101)面的粉末衍射线累积强度I_R和I_A。

(4)根据 $>>>X>R>>=>>1>>>(>>I>A>>/>>I>R>>)>>\times >0.791>+>1>\; >\times >100>\%>,>$>以及X_R+X_A＝1，计算出待测TiO₂粉体或钛白粉中的金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂的含量X_R和X_A。

(5)因待测TiO₂粉体或钛白粉制成粉末样不含杂质，因而不需修正。

以下是对8个试样的测量结果：

锐钛型TiO₂(101)面I_A(cps)金红石型TiO₂(110)面I_R(cps)金红石型TiO₂含量X_R(％)锐钛型TiO₂含量X_R(％) 1    74959    47714    44.6    55.4 2    13895    96475    89.8    10.2 3    58070    56495    55.2    44.8 4    75514    44454    42.7    57.3 5    16222    88936    87.4    12.6 6    60351    55249    53.7    46.3 7    102714    8598    9.6    90.4 8    37542    79784    72.9    27.1