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귀금속 보석의 순도를 테스트하는 정확한 방법 알아보기
보석의 귀금속 함량 테스트 가이드북
목차
섹션 Ⅰ귀금속 보석의 순도 테스트 원칙
귀금속 보석의 순도 테스트는 고대부터 존재해 왔습니다. 우리 조상들은 귀금속 보석의 순도를 확인하기 위해 주로 감각과 기존 경험에 의존해 테스트를 수행했습니다. 예를 들어, 눈으로 색을 관찰하고 손으로 무게를 측정하고 깨물어 경도를 테스트했습니다. 물론 여기에는 구체적인 과학적 근거도 있습니다. 그러나 과학 기술의 발전과 함께 과학 테스트 기기의 지속적인 발명 및 업데이트로 인해 귀금속 보석 순도 테스트, 특히 상업적 테스트에 일부 현대 과학 테스트 도구가 도입되었습니다.
귀금속 보석의 순도에 대한 최신 테스트 기술은 정확성, 짧은 테스트 시간, 저렴한 비용 및 작동 용이성을 특징으로 하는 과학적 기기를 기반으로 합니다. 더 빠르고, 더 간단하고, 더 정확한 방법으로 발전하고 있습니다. 과학과 기술의 지속적인 발전으로 귀금속 보석의 순도 테스트 기술과 방법은 더욱 정교해질 것입니다.
귀금속 보석의 순도를 테스트할 때는 일반적으로 다음 세 가지 원칙을 따라야 합니다.
(1) 가능한 한 비파괴 검사를 실시해야 합니다. 따라서 테스트 방법을 선택할 때는 귀금속 주얼리의 외관을 손상시키지 않는 방법을 선택해야 합니다. 정말 불가피한 경우 고객의 동의 또는 승인을 받아야 합니다.
(2) 감지는 일정 수준의 정확도를 유지해야 합니다. 즉, 감지 정확도가 해당 표준 범위 내에 있어야 합니다.
(3) 탐지 비용은 가능한 한 낮아야 합니다.
귀금속 보석의 품질을 감지하는 구체적인 목표는 주로 두 가지 측면을 포함합니다. 첫 번째는 귀금속 보석의 진위 여부를 확인하는 것이고, 두 번째는 귀금속 보석의 품질을 결정하는 것입니다.
섹션 II 귀금속 보석 품질에 대한 일반적인 간단한 감지 방법
고대부터 사람들은 귀금속의 특성을 바탕으로 귀금속의 품질과 진위를 식별하기 위해 다양한 체험적 방법을 모색해 왔습니다. 이러한 방법을 올바르게 활용하면 귀금속 보석의 진품 여부와 품질을 효과적이고 신속하며 질적으로 식별할 수 있습니다.
1. 색상 관찰 방법
고대인들은 금의 색과 내용물 사이에 일정한 상관관계가 있다는 것을 인식했습니다. 민속 속담에 이런 말이 있습니다: "칠녹은 금이 아니다." "칠녹색"은 금 함량이 70퍼센트, 은 함량이 30퍼센트인 경우 금이 녹황색으로 보이는 것을 말하며, "팔황색"은 금 함량이 80퍼센트, 은 함량이 20퍼센트인 경우 금이 황금빛 노란색으로 보이는 것을 말합니다; '9자색'은 금 함량 90％, 은 함량 10％로 금이 자줏빛 노란색을 띠는 것을 말하며, '10적색'은 금 함량이 100％에 가깝고 은 함량이 극히 낮은 금으로 적금, 순금 또는 순금이며 금이 적황색을 띠는 것을 말합니다. 이 전통적인 경험 요약 방법은 은이 함유된 순금을 판별하는 데에만 효과적입니다.
순금, 순금, 레드 골드, 순 레드 골드, 999 골드 및 24K 골드는 황금빛 노란색 위에 약간의 붉은 색조가 있습니다. 민간에서 "레드 골드" 또는 "파인 골드"라고 불리는 색은 바로 이 순금의 색입니다. 22K, 18K, 14K, 10K, 9K, 8K 금의 경우 금 보석의 색은 금에 포함된 불순물의 종류와 비율을 반영합니다. 일반적으로 은이 함유된 순금 계열의 색상은 노란색, 구리가 함유된 혼합 금 계열의 색상은 빨간색인 경향이 있습니다.
표시된 색상을 기준으로 금의 품질을 판단하는 것은 정성적인 설명일 뿐입니다. 현대 과학 기술의 발달로 앞서 소개한 것처럼 다양한 품질의 금이 동일한 색상을 나타낼 수 있습니다. 이 방법을 사용하여 천연 금의 품질을 결정하는 데는 어느 정도 근거가 있습니다.
전통적인 장인 정신 보석에서 가짜 은 보석은 종종 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 흰색 구리, 주석 또는 주석 합금을 사용하여 일반적으로 칙칙한 회색 색상과 광택이 좋지 않으며, 저은 보석은 약간 노란색 또는 회색이며 세련미가 좋지 않으며, 고은 보석은 밝고 순수한 흰색이며 광택이 더 좋습니다. 일반적으로 은과 구리의 합금인 경우 은 85는 약간 붉은 색, 은 75는 적황색, 은 60은 빨간색, 은 50은 검은색, 은과 흰색 구리의 합금인 경우 은 80은 회백색, 은 50은 검은 회색, 은과 황동의 합금인 경우 은 함량이 낮을수록 보석 색이 더 노랗게 나타납니다. 일반적으로 순백색의 정교하게 세공된 주얼리는 품질이 90% 이상입니다. 이에 비해 회색과 빨간색의 거친 솜씨를 가진 흰색 보석은 약 80 %의 품질을 가지고 있으며 회색 검정색 또는 밝은 노란색-빨간색 보석은 일반적으로 60 % 미만의 품질을 가지고 있습니다. 현대 장인 정신의 모조 은 또는 저은 보석은 은 또는 로듐으로 표면을 도금하면 색상, 정밀도 및 표면 광택이 정품 은 보석과 구별 할 수 없으므로 보석의 품질을 시각적으로 평가하는 것이 불가능할 수 있습니다.
백금의 품질과 합금 원소의 구성에 따라 표시되는 색상이 달라지는데, 고품질 백금은 약간 회색을 띤 청백색을 띠고 있습니다. 일정량의 Cu 또는 Au가 포함된 백금은 청백색에 약간의 노란색이 섞인 청백색으로 표시됩니다. 더 많은 양의 Ag가 함유된 백금은 은백색으로 나타납니다. 팔라듐 주얼리는 일반적으로 금속 광택이 좋은 스틸 화이트 색상을 나타냅니다. 모조 백금 또는 팔라듐 주얼리는 산화 및 변색되기 쉬운 백색 구리, 니켈 합금, 나트륨 합금 등으로 만들어지는 경우가 많습니다.
2. 시금석 테스트 방법
시금석은 전 세계 고대 문명에서 사용된 기록이 있는 가장 오래된 도구이자 금과 은의 진위와 품질을 식별하는 방법입니다. 이 방법은 테스트한 보석과 골드 스탠다드(표준이라고 불리는 품질이 정해진 금판 세트)를 시금석에 긁는 방식으로 진행됩니다. 시금석에 남은 스크래치의 색상을 비교하여 보석의 진위 여부와 품질을 확인할 수 있습니다. 이 테스트 방법은 오랫동안 비교적 정확하고 신뢰할 수 있으며 빠른 감별 방법으로 여겨져 왔습니다. 오늘날에도 많은 금은 재활용 상점에서 이 방법을 자주 사용하여 금 보석의 품질과 은 보석의 품질을 모두 감지할 수 있는 재료를 빠르게 식별합니다.
전통적인 시금석은 대부분 검은색 또는 회색의 돌로, 일반적으로 검은 부싯돌이나 규산질 슬레이트로 만들어지며 모스 경도는 약 6.5이고 질감이 고운 편입니다. 중국 신장의 고대 금과 구리 유적지 근처의 검은 규회암 자갈, 고비 사막의 '사막 래커'로 알려진 검은 규회암, 난징의 검은 비꽃돌은 모두 갈아서 훌륭한 시금석으로 가공할 수 있습니다. 금 시금판은 표준 순도가 다른 금으로 만든 가느다란 작은 판으로, 한쪽 끝에 금판의 표준 순도가 새겨져 있으며, 그림 6-1과 같이 일반적으로 여러 조각으로 구성된 그룹으로 끼울 수 있도록 작은 구멍이 뚫려 있습니다. 금 테스트 플레이트의 분류가 세밀할수록 포함되는 색상 범위가 넓어지고 분석 결과가 더 정확해집니다.
금 보석의 순도를 테스트하는 시금석 방법은 비색법입니다. 방법은 다음과 같습니다:
(1) 시금석을 준비합니다.
테스트 스톤의 작업 표면을 물로 씻고 헹구고 말립니다. 피마 자유가 코팅 된 석재 표면에 오일 채널을 형성하기 위해 테스트 스톤의 끝까지 길게, 깨끗한 실크 천으로 기름을 바른 후 부유 오일을 닦아내어 오일 채널이 매우 얇은 층을 유지하도록 20mm의 폭이 적절합니다. 오일 층이 너무 두꺼우면 오일과 검은 색을 굴리기 쉽지만 너무 건조하면 착색하기가 쉽지 않습니다. 오일 채널의 가장자리는 테스트 스톤의 가장자리와 평행하고 평평해야하며 동일한 길이의 골드 채널의 연삭을 유지하기 위해 명확한 구별의 형성의 오일 부분이 없어야합니다. 손가락에 주의를 기울이세요. 돌 표면을 만지지 말고 먼지와 습기, 특히 입 가스와 손의 땀으로 얼룩진 표면을 피하십시오. 그렇지 않으면 색칠하는 데 시간이 걸립니다.
(2) 연삭 방법.
연마에 숫돌을 사용할 때는 일반적으로 왼손으로 숫돌을, 오른손으로 금을 잡고 엄지손가락을 위에, 다른 손가락을 아래에 대고 잡습니다. 기름칠한 면이 위에 있어야 하며, 시금석은 손에 단단히 잡고 움직이지 않고 테이블 위에 안정적으로 고정해야 합니다. 연마하는 동안 테스트 할 항목 또는 테스트 플레이트는 돌 표면에 단단히 눌러야하며 금을 잡은 오른손은 손목 힘을 사용해야합니다. 연마 경로는 일반적으로 길이 20~30mm, 너비 3~5mm입니다. 금 조각 경로와 테스트 플레이트 경로는 길이와 폭이 일정해야 하며, 색상 비교를 위해 금 조각 경로의 양쪽에서 테스트 플레이트 경로를 연마할 수 있습니다. 금 조각 경로의 색상이 테스트 플레이트 경로와 일치하지 않는 경우 다른 테스트 플레이트를 선택하여 두 경로가 일치할 때까지 연마하고 색상을 관찰합니다.
(3) 신원 확인
시금석에 금을 긁으면 색이 묻어나는 자국이 남습니다. 오랜 기간 동안 사람들은 시금석을 사용하여 금의 진위와 품질을 식별하는 일련의 경험을 "색을 평평하게 보고, 빛을 비스듬히 보고, 소리를 자세히 들어라"로 요약했습니다. 은이 함유된 순금은 부드러우며 금의 경로가 부유색 없이 푸르스름하게 보이며, 주로 "색을 평평하게 보는 것"과 "부유하는 색을 비스듬히 보는 것"에 중점을 둡니다. 은과 구리가 포함된 혼합 금의 경우 연마 시 소리와 부유하는 빛이 있으며, 주로 "부유하는 색을 비스듬히 보는 것"에 초점을 맞추고 "색을 평평하게 보는 것"에 중점을 둡니다. 산을 사용하여 금 경로를 침식하면 색상 차이를 강화하고 구별되는 특징을 강조할 수 있습니다. 사용되는 산은 귀금속 소재의 비금속 및 은과 우선적으로 반응해야 합니다. 합금의 품질에 따라 사용되는 산에는 질산, 질산과 소금의 혼합물 또는 질산과 염산의 혼합물 등이 포함될 수 있습니다.
금 보석의 품질을 테스트하는 시금석 방법은 육안 관찰과 비교를 통해 결정되므로 풍부한 실무 경험이 필요하고 많은 인적 요소의 영향을 받기 때문에 정확도에 한계가 있습니다. 또한 금 보석의 종류가 다양해지고 그 구성이 복잡해지고 금형 카드의 수가 한정되어 있어 금도금 또는 금 코팅 제품을 구별하기가 어려워졌습니다. 금에 대한 비파괴 검사 기술의 지속적인 발전으로 시금석 방법은 점차 더 편리하고 간단하며 정밀한 다른 방법으로 대체되고 있습니다.
3. 계량 방법
금은 밀도가 높으며, 순금의 밀도는 19.32g/cm입니다.3 밀도. 손으로 무게를 쟀을 때 무겁게 느껴지고 눈에 띄는 무게감이 있습니다. 금의 밀도는 납, 은, 구리, 주석, 철, 아연과 같은 금속보다 훨씬 크기 때문에 황동(밀도 8.9g/cm3), 구리 기반 합금 또는 희금, 서브 골드, 모조 금 등과 같은 모조 금 소재 또는 금도금 품목, 금 및 금 충전 보석과 같은 금도금 품목은 손으로 무게를 잴 때 순금의 묵직한 느낌이 들지 않습니다. 이 계량 방법은 24K 금을 구별하는 데 가장 효과적입니다. 하지만 금과 밀도가 비슷한 텅스텐 합금으로 만든 금도금 또는 금 충전 제품은 손으로 차이를 느끼기 어렵기 때문에 이 방법이 더 효과적일 수 있습니다.
백금의 밀도는 21.45g/cm입니다.3백금은 같은 부피의 백금 질량이 은(밀도 10.49g/cm)의 두 배 이상입니다.3). 또한 금보다 밀도가 높기 때문에 손으로 들었을 때 무겁습니다. 따라서 플래티넘, 금, 은 주얼리를 구분하기 위해 무게 측정 방법을 사용할 때 이런 말이 있습니다: "무거운 것은 백금이나 금, 가벼운 것은 은이나 황동이다."라는 말이 있습니다.
은과 알루미늄, 스테인리스 스틸의 밀도에도 상당한 차이가 있기 때문에 계량 방법으로도 구분할 수 있습니다: "알루미늄은 가볍고, 은은 무겁고, 구리 및 강철 제품은 가볍지도 무겁지도 않다."
4. 연성 방법
주얼리를 구부리기 쉽다는 것은 금 보석의 순도와 귀금속 소재의 종류를 간접적으로 나타낼 수도 있습니다. 순금은 유연성이 뛰어나며 금의 높은 인성과 낮은 경도를 포괄적으로 나타냅니다. 그다음은 은, 백금은 은보다 단단하며 구리는 경도가 가장 높습니다. 금-은 합금은 약간 더 단단하고 금-구리 합금은 더 단단하며, 합금의 금 함량이 낮을수록 경도가 높아집니다. 예를 들어 순금 주얼리는 입구나 걸쇠를 부드럽게 구부렸을 때 매우 부드러운 느낌을 주는 반면, 모조 금 소재는 이러한 느낌이 없습니다. 따라서 순금은 구부러지거나 부러지기 쉬운 반면, 순도가 낮은 금 장신구는 구부러지기 쉽지 않고 부러지기 쉽습니다.
이 방법을 사용하여 금과 은 주얼리를 테스트할 때는 주얼리의 폭과 두께가 유연성에 미치는 영향에 특히 주의해야 합니다. 일반적으로 폭이 넓고 두꺼운 장신구는 구부릴 때 더 단단하게 느껴지고 반대로 폭이 좁고 얇은 장신구는 더 부드럽게 느껴집니다.
5. 경도 테스트 방법
귀금속 보석의 경도는 금 함량과 밀접한 관련이 있으며, 순도가 높을수록 경도가 낮아집니다. 순금은 경도가 매우 낮기 때문에 치아로 깨무는 것이 일반적인 방법입니다. 치아의 경도가 금보다 높기 때문에 금에 물린 자국이 남을 수 있으며, 이는 고순도 금이라는 것을 나타냅니다. 반면 모조 금 소재는 경도가 더 높기 때문에 물린 자국이 남기 어렵습니다. 테스트 시 일반적으로 단단한 구리 바늘을 사용하여 보석의 뒷면이나 눈에 띄지 않는 부분을 부드럽게 긁어 긁힌 자국이 깊을수록 금 함량이 높으며, 긁힌 자국이 뚜렷하지 않거나 얕으면 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 상업적 테스트에서 이 방법을 사용하여 귀금속 보석의 순도를 테스트하는 것은 파괴적인 테스트로 간주되므로 고객의 동의 또는 승인을 받아야 한다는 점에 유의하세요.
순은은 경도가 낮아서 손톱으로 긁힐 수 있습니다. 장신구가 부드럽고 단단하지 않은 경우 주석이나 납이 함유되어 있을 수 있으며, 단단하고 단단하지 않은 경우 구리(니켈은), 철 또는 기타 합금으로 만들어졌을 수 있습니다.
6. 화재 테스트 방법
"진짜 금은 불을 두려워하지 않는다", "강렬한 불이 진짜 금을 드러낸다"는 속담이 있습니다. 금은 녹는점(1063℃)이 높아 고온(녹는점 이하)에서도 녹지 않고 산화되지 않으며 색이 변하지 않습니다. 온도가 녹는점을 초과하여 금이 녹기 시작하더라도 색상은 그대로 유지됩니다. 반면 저캐럿 금과 모조 금 소재는 뜨겁게 태웠다가 식히면 색이 변하고 심지어 검은색으로 변하기도 합니다.
백금의 녹는점(1773℃)은 금의 녹는점보다 높습니다. 백금은 태우고 식어도 색이 변하지 않는 반면, 은은 태우고 식으면 은 함량에 따라 유백색, 붉은색 또는 검붉은색으로 변합니다.
7. 소리와 톤을 듣는 방법
금, 은, 백금의 경도가 낮기 때문에 순금이나 고캐럿 금 장신구를 공중으로 던질 경우 착지 시 소리가 둔하고 소음이나 튕기는 소리가 나지 않습니다. 장신구가 딱딱한 시멘트 바닥에 떨어지면 고캐럿 금이나 백금 장신구는 탄력이 거의 없이 둔탁한 소리를 내며, 저캐럿 장신구, 구리 또는 스테인리스 스틸 제품은 높은 바운스와 함께 날카롭고 큰 소리를 냅니다. 전통적인 순금은 소리가 나지만 톤이 없고 바운스가 적은 반면, 혼합 금은 소리, 톤, 바운스가 모두 있으며 바운스가 크고 날카롭고 긴 톤은 순도가 낮다는 것을 나타냅니다. 하지만 금 주얼리 제조 기술이 발전하면서 현재 시장에는 999금 기준을 충족하고 탄성이 좋은 고강도 경화 순금 제품이 많이 등장했습니다.
백금의 밀도는 금보다 높고 공중에 던져 땅에 떨어질 때 백금의 소리 특성은 금과 비슷하여 모조 백금, 백금 도금 및 백금 코팅 주얼리를 구별하는 데 사용할 수 있습니다.
마찬가지로 스털링 실버와 고순도 실버 주얼리는 밀도가 높고 부드러운 질감을 가지고 있어 표면에 떨어뜨렸을 때 반동 높이가 낮습니다. 반면, 가짜 은이나 저순도 은 장신구는 밀도와 경도가 낮기 때문에 상대적으로 반동 높이가 높습니다.
8. 표시 방법
금 장신구는 국제 표준에 따라 순도를 표시하는 스탬프가 찍혀 있어야 합니다. 우리나라에서는 24K 금에는 '순금', '순금', '레드 골드' 또는 '24K', 18K 금에는 '18K' 또는 '750' 등의 라벨이 표시되어 있습니다.
우리나라에서는 은의 순도를 천분위, 백분율 또는 분수 뒤에 'S'(은)를 붙여 표시하는데, '800s', '80s', '80% S'와 같이 모두 은 순도 80％를 나타내며 국제적으로는 보통 천분위 뒤에 'S' 또는 '실버'를 붙여 표시하는데, '800 S', '800 Silver'와 같이 모두 은 순도 80％를 표시합니다. 또한 은도금 소재의 씰도 있는데, 국제적으로 일반적으로 "SF"(실버 필의 첫 글자)로 표시됩니다.
국제적으로 백금 순도와 품질은 백금 순도 95％를 나타내는 950Pt와 같이 천 단위 숫자 뒤에 'Pt', 'Plat' 또는 '플래티넘'으로 표시하며, 미국에서는 백금 순도가 95％ 이상임을 보증하는 'Pt' 또는 'Plat'으로만 표시하고 있습니다.
섹션 III 정수압 방식(밀도 방식)
1. 탐지 원리
순금의 밀도는 19.32g/cm입니다.3. 특정 귀금속 장식품의 밀도가 이 값보다 낮게 측정되면 다른 금속이 섞여 있는 것을 확인할 수 있습니다. 밀도의 크기는 금의 순도와 밀접한 관련이 있습니다. 금의 순도는 밀도로부터 유추할 수 있으며, 이는 귀금속 보석의 순도를 테스트하기 위해 밀도법을 사용하는 기본 원리입니다.
보석의 부피는 보석에 포함된 순금의 부피와 불순물 금속의 부피를 합한 것과 같습니다:
V = Vpure + V불순물 （6-1）
공식에서:
액세서리의 V-부피(mL);
Vpure-보석의 순금 부피는 (mL)입니다.
V불순물 -보석의 불순물 양은 (mL)입니다.
정확한 계량을 위해 1/10000 분석 저울을 사용하여 금 보석의 질량을 m으로 측정한 다음 가는 실을 사용하여 보석을 고정하면 물속의 질량이 m'로 정확하게 측정됩니다(필요한 경우 실의 질량을 공제해야 함). 아르키메데스의 원리에 따르면 물속의 물체에 작용하는 부력은 물체가 이동하는 물의 질량과 같습니다:
m - m' = V x ρ 물 （6-2）
일반적인 물의 밀도는 1g/cm입니다.3 를 사용하여 식 (6-1)을 대입하면 m - m' = V가 됩니다:
m - m' = Vpure + V 불순물
물체의 부피와 질량 V = m/ρ의 관계에 따르면 다음과 같습니다:
위의 방정식을 단순화하여 순금 밀도 ρ 순수 =19.32g/cm로 대입하면 다음과 같습니다.3 를 질량 분율로 변환하면 다음과 같은 결과를 얻습니다:
공식에서:
M - 주얼리 품질(g);
m' - 물 속의 보석의 품질(g);
m pure - 보석의 순금 품질(g);
ρ 불순물 - 보석의 불순물 밀도(g/cm)3)
2. ρ 불순물의 값을 취하는 방법
위의 공식은 금 보석의 금 함량을 감지하는 데 사용되며, 분석 저울의 실제 무게를 측정하면 금 함량을 얻을 수 있습니다. 불순물의 가치는 아직 결정되지 않았습니다. Ag와 Cu의 주요 불순물에 대한 금 보석의 경험에 따르면 불순물 밀도는 Ag와 Cu의 불순물의 상대적 함량에 의해 결정됩니다. 그 중, Ag의 밀도는 10.49 g / cm입니다.3이며, Cu의 밀도는 8.90g/cm입니다.3따라서 불순물의 값은 8.90 ~ 10.49/cm입니다.3. 불순물의 값은 다음과 같습니다:
금-은 계열 합금(투명 금)의 경우: ρ 불순물 = ρ silver = 10.49 g/cm3
금 - 구리 계열 합금(혼합 금)의 경우: ρ 불순물 = ρ 구리 = 8.90g/cm3
금-은-구리 계열 합금(혼합 금)의 경우: ρ 불순물 =1/(x/ρ silver + y/ρ 구리), x+y = 1
x = y =0.5이면 ρ 불순물 =9.63g/cm3
x:y = 1 : 2 인 경우 x = 0.3333, y = 0.6666, ρ 불순물 = 9.375입니다.
x:y = 2 : 1 인 경우 x = 0.6666, y = 0.3333, ρ 불순물 = 9.901
위의 분석은 금 합금의 밀도와 다양한 유형 및 비율의 불순물 금속의 밀도가 금 보석의 품질을 정확하게 계산하는 주요 요소임을 보여줍니다. 테스트 대상 시료의 불순물 금속의 종류와 비율을 미리 알고 있어야만 밀도 방법을 사용하여 시료의 품질을 계산할 수 있으며 이는 밀도 테스트의 필수 조건이기도 합니다.
정수압 방식은 순금 주얼리의 금 함량을 보다 정확하게 측정할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 또는 합금 성분의 원소 비율을 알고 있는 경우 보석의 금 함량은 보석의 감지된 밀도 값을 기준으로 계산할 수 있습니다. 그러나 합금의 성분 비율을 알 수 없는 경우 일반적으로 감지된 밀도 값을 기준으로 보석의 금 함량을 계산하는 것은 불가능합니다. 따라서 합금 성분이 불확실한 경우 보석의 금 함량과 밀도 값 사이에 일대일 대응이 없습니다.
3. 밀도 방법 감지의 특징
밀도법은 아르키메데스의 원리를 사용하여 금-은-구리 합금의 밀도를 금 함량의 함수로 계산하여 보석의 밀도를 테스트하는 방법입니다. 이 방법은 편리성, 속도, 비파괴 샘플링, 최소한의 장비, 작동 용이성 등의 장점이 있습니다. 금 또는 금도금 여부를 판별하고 순금 보석의 금 함량을 측정하는 등 금 보석의 진위 여부를 효과적으로 구별할 수 있습니다. 반지, 채찍 체인 등 이음새가 없는 스탬핑 주얼리의 경우 검사 정확도가 비교적 높습니다. 그러나 속이 빈 주얼리는 검사할 수 없습니다. 밀도가 19.35g/cm인 텅스텐과 같은 고밀도 불순물을 구분할 수 없습니다.3은 순금에 매우 가깝기 때문에 이 방법으로 측정하기 어렵습니다. 특히 주얼리 내부에 모래 구멍이나 용접 구멍이 있거나 표면에 작동 액체가 침투할 수 없는 틈이 있거나 금과 은 이외의 불순물이 있는 경우 검출 결과에 오차가 발생할 수 있어 K 골드 주얼리의 품질 테스트에 오차가 발생할 수 있습니다.
4. 탐지 방법
4.1 더블 팬 밸런스 방법
4.1.1 테스트 기기
감도 0.1mg의 저울, 침지액, 작은 테이블, 가는 구리선(머리카락을 대용으로 사용할 수 있음).
(1) 균형. 감도가 0.1mg인 기계식 저울 또는 전자식 저울을 선택할 수 있습니다.
(2) 침지액. 무수 에탄올, 사염화탄소, 자일렌, 물 또는 50mL 유리 비커에 담긴 물과 혼합된 에탄올을 선택할 수 있습니다.
(3) 작은 테이블. 저울 모델에 따라 금속판으로 만든 작은 테이블을 계량 팬 위에 놓으면 팬의 위아래 움직임에 영향을 주지 않고 계량 팬 위에 놓을 수 있습니다.
(4) 가는 구리선. 같은 길이(Φ=0.2mm)의 가는 구리선 여러 개를 잘라 저울로 무게를 잰 다음 각 그룹에서 총 질량이 같은 두 개의 세그먼트를 선택하여 두 그룹으로 나눕니다. 한 그룹의 두 작은 세그먼트의 한쪽 끝을 작은 고리로 감고 다른 쪽 끝을 함께 비틀어 두 작은 고리가 동시에 계량 팬에 걸리도록 하고[그림 6-2(a)], 한쪽 끝은 시료 홀더에 걸고 다른 쪽 끝은 용액에 담그고[그림 6-2(b)] 다른 그룹은 계량 팬에 직접 놓을 수 있습니다[그림 6-2]. 머리카락을 사용하는 경우 미세한 구리선의 모든 세부 사항과 처리 단계를 생략하고 머리카락을 금 보석에 묶어 작은 고리를 만들어 샘플 홀더의 중간 고리에 걸 수 있습니다.
4.1.2 작동 단계
(1) 영점의 잔액을 확인합니다. 가는 구리선을 제거하고 저울 영점을 결정한 후 감도가 0.0001g을 넘지 않도록 나사를 조정한 다음 가는 구리선을 양쪽에 걸고 포인터가 "0" 위치에 정렬되도록 저울 영점을 조정합니다. 머리카락을 사용하는 경우 구리선을 걸고 저울 영점을 조정하는 이 단계는 생략할 수 있습니다.
(2) 온도 보정 곡선을 결정합니다. 침지 용액의 밀도는 온도에 따라 달라집니다. 표 6-1에는 다양한 온도에서 에탄올, 자일렌 및 사염화탄소의 밀도가 나와 있습니다. 실제로 유기 용액의 순도, 나중에 불순물의 유입, 온도계와 침지 용액 비커의 온도 차이로 인해 측정 결과가 표 6-1의 데이터에서 벗어날 수 있으며 일부는 크게 다를 수도 있습니다.
표 6-1 다양한 온도에서 에탄올, 자일렌 및 사염화탄소 침지 용액의 밀도
| 인퓨전 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 에탄올 | 에탄올 | 자일렌 | 자일렌 | 사염화탄소 | 사염화탄소 |
| 밀도 /(g/cm3) | 온도 / ℃ | 밀도 / (g/cm3) | 온도 / ℃ | 밀도 /(g/cm3) | 온도 / ℃ |
| 0.837 | 7 | 0.839 | 6 | 1.630 | 3 |
| 0.830 | 16 | 0.829 | 16 | 1.610 | 13 |
| 0.829 | 18 | 0.824 | 22 | 1.599 | 18 |
| 0.827 | 19 | 0.819 | 27 | 1.589 | 23 |
| 0.821 | 21 | 0.814 | 32 | 1.579 | 28 |
| 0.817 | 26 | 0.809 | 37 | 1.569 | 33 |
| 0.810 | 32 | 0.804 | 42 | 1.559 | 38 |
(3) 귀금속 장신구를 깨끗이 닦고 무수 에탄올이나 아세톤으로 마를 때까지 닦아줍니다.
(4) 가는 구리선이나 머리카락으로 금 장신구를 계량 팬의 중간 고리에 걸고 귀금속 장신구의 질량 m을 측정합니다.
(5) 귀금속 장신구를 침지액 비커에 담그고 금 장신구의 질량을 침지액 m에 계량합니다.
(6) 귀금속 보석 ρ의 밀도를 계산합니다. gold =m/(m-m') x 침지 액체의 밀도에 대한 상대적인 값입니다.
(7) 밀도와 가정된 최종 원소 금속을 기준으로 귀금속(금 또는 은)의 순도를 변환합니다.
4.1.3 참고 사항
(1) 귀금속 장신구는 깨끗하고 건조해야 하며, 그렇지 않을 경우 오류가 발생할 수 있습니다.
(2) 작업 곡선은 정기적으로 보정해야 하며 한 번만 수정하면 안 됩니다.
(3) 귀금속 장신구를 용액에 담그면 바로 무게를 재지 말고 잠시 흔들어서 기포가 있는지 육안으로 확인하세요. 눈에 보이는 작은 기포가 있으면 제거해야 합니다.
(4) 에탄올, 자일렌, 사염화탄소는 모두 휘발성이 있으므로 신속하고 안정적으로 측정해야 하며 저울에 흘리지 않도록 주의하세요. 측정 후에는 전용 뚜껑으로 덮거나 전용 병에 붓고 원래 용기에 다시 붓지 마세요.
(5) 밀도가 금을 초과하는 상황이 발생하면 보정을 수행해야 합니다.
(6) 귀금속 보석의 이름, 품질, 모양, 표면 구조 및 색상, 특히 색상과 표면을 기록해야 합니다. 이 구조는 텅스텐 함유 보석의 품질 불일치를 방지할 수 있으므로 매우 중요합니다. 원본 데이터를 보관하면 감지 오류를 분석할 수 있어 품질 관리에 도움이 됩니다.
4.2 싱글 팬 전자 저울 방식
4.2.1 기기
감도 0.0001g의 전자식 싱글 팬 저울, 침지액, 서스펜션 랙이 장착되어 있습니다.
(1) 전자 저울. 단일 팬, 0.0001g 이상의 감도, 디지털 디스플레이.
(2) 침지 액체. 더블 팬 방식과 마찬가지로 밸런스 행거가 없으므로 약간 큰 비커를 사용하여 고정할 수 있습니다.
(3) 서스펜션 프레임. 침지액 비커의 1.5~2배 높이로 계량 팬의 상하 움직임에 영향을 주지 않고 계량 팬 외부에 고정하여 크게 만들 수 있으며, 계량 팬 위에 올려놓고 침지액에 손으로 잡거나 저울 커버에 고리를 만들어 시료를 저울 커버에 걸어 공중에서 계량하는 것도 가능합니다.
4.2.2 작동 단계
(1) 저울 영점을 확인하고 전자 저울 사용 설명서를 참조해 점검합니다.
(2) 더블 팬 방법을 사용하여 온도 보정 곡선을 결정합니다.
(3) 귀금속 장신구는 더블 팬 방법을 사용하여 세척하고 건조합니다.
(4) 계량 팬에 침지액 비커를 놓고 서스펜션 프레임을 설치한 후 침지액을 붓고 저울을 0으로 조정합니다.
(5) 귀금속 장신구를 계량 팬에 놓고 귀금속 장신구 m의 질량을 판독한 후 기록합니다.
(6) 귀금속 장신구를 머리카락으로 서스펜션 프레임에 걸고 침지액에 담근 후 공기와 침지액에서 귀금속 장신구의 질량 차이(m-m')를 직접 읽고 기록합니다.
(7) 이중 팬 방법을 사용하여 귀금속 보석의 밀도를 계산합니다.
(8) 더블 팬 방법을 사용하여 귀금속 보석의 미세도를 변환합니다.
4.2.3 참고 사항
(1) 단일 팬 방식에는 테이블 패드가 없으며 침지 액의 휘발성이 정확도에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 영점 조정과 질량 측정 사이의 시간이 짧아야 하며, 특히 두 측정 사이의 시간 간격을 최소화해야 하는 여름철에는 측정이 빠르고 안정적이어야 합니다.
(2) 시료 팬을 중앙에 놓고 침지액 비커를 중앙에 놓아야 하며, 그렇지 않으면 측정 결과에 영향을 미칩니다.
(3) 전자 저울의 감도를 점검하고 디지털 디스플레이 시스템도 알려진 표준으로 검증해야 합니다.
(4) 액체를 부을 때 주의하고 전자 저울 표면에 액체를 흘리지 않도록 주의하세요.
섹션 IV X-선 형광 분석법(XRF 방법)
X선 형광 분광법(XRF)은 야금, 광업, 석유, 환경 보호, 의학, 지질학, 고고학, 범죄 수사, 곡물 및 석유, 금융 및 기타 부문에서 널리 사용되는 효과적인 분석 방법입니다. 귀금속에 대한 X-선 형광 분광법은 국제 금융 기관에서 권장하는 검사 방법 중 하나입니다.
1. X-선 형광 분석의 기본 원리
전자 프로브는 샘플이 여기된 후 방출되는 특징적인 X-선 스펙트럼 라인의 파장(또는 에너지)과 강도를 결정합니다. X-선 형광 분석도 이와 유사하지만 전자 프로브와 달리 입사광이 X-선이라는 점이 다릅니다. 조사된 샘플은 1차 X-선을 흡수하고 여기되어 2차 X-선을 방출합니다. 다양한 2차 X-선을 X-선 형광이라고 하며, 이러한 특징적인 스펙트럼 라인의 파장(또는 에너지)과 세기를 측정하여 원소의 함량을 확인할 수 있습니다.
2. X-선 형광 분광기의 구조
1948년 프리드먼(H. Friedman)과 버크스(L. S. Birks)는 세계 최초의 상용 X-선 형광 분광기를 만들었습니다. 수십 년 동안 X-선 형광 분광기의 기술은 빠르게 발전하여 속도, 유연성, 정밀성을 특징으로 하는 새로운 모델이 지속적으로 등장했습니다. X-선 형광 분광기는 파장 분산형 X-선 형광 분광기와 에너지 분산형 X-선 형광 분광기의 두 가지 주요 범주로 나뉩니다. 전자는 다시 순차형과 동시형으로 나눌 수 있습니다.
2.1 순차 파장 분산형 X-선 형광 분광기
순차 파장 분산형 X-선 형광 분광기는 주로 X-선 튜브, 분광 시스템, 검출 시스템 및 기록 시스템으로 구성됩니다. 기기의 구조는 그림 6-3에 나와 있습니다.
(1) X-레이 튜브.
X-선 튜브는 기본적으로 전자를 방출하는 음극과 전자를 받아들이는 양극(타겟)을 포함하는 고전압 진공 다이오드로서 X-선을 생성하는 장치입니다. 전자가 양극 타겟 표면에 충돌하여 X-선을 생성하고, X-선 튜브의 창에서 방출되어 샘플을 조사합니다. 다양한 파장의 엑스레이가 창에 흡수되는 것을 줄이기 위해 가벼운 소자 재료를 선택하며, 일반적으로 사용되는 엑스레이 튜브는 베릴륨 창을 사용하는 경우가 많습니다.
(2) 분광 시스템.
시료 챔버, 슬릿, 분광 결정 등 여러 부품으로 구성되어 있습니다. 샘플 챔버는 샘플 트레이, 상자, 샘플 홀더 및 샘플 회전 메커니즘과 같은 구성 요소를 포함하여 샘플이 보관되는 곳입니다. 시료는 고체(블록, 플레이트, 막대, 분말 등) 또는 액체일 수 있습니다. 콜리메이터 또는 프리즘 격자라고도 하는 슬릿은 시료에서 생성된 발산 X선을 차단하여 분광 크리스탈 또는 검출기 창에 투사되는 평행 빔으로 변환하는 역할을 합니다. 분광 결정의 역할은 서로 다른 파장의 스펙트럼 라인을 분리하거나 분산시키는 것입니다. 분산의 기본 원리는 크리스탈의 회절 현상을 활용하여 서로 다른 파장의 특징적인 스펙트럼 라인을 분리함으로써 측정된 원소의 특징적인 X선을 선택하여 측정할 수 있도록 하는 것입니다.
(3) 탐지 시스템.
엑스레이를 수신하여 측정 가능하거나 관찰 가능한 신호로 변환합니다. 가시광선, 전기 펄스 신호 등과 같은 신호는 전자 회로를 통해 측정됩니다. 최신 X선 형광 분광기의 일반적인 검출기에는 신틸레이션 카운터, 비례 카운터 및 반도체 검출기가 포함됩니다.
신틸레이션 카운터: 단파 X-선 검출 효율이 높은 일반적으로 사용되는 카운터로, 무거운 원소에 대한 검출 효율은 파장이 3A 미만인 X-선 검출 효율에 근접할 수 있습니다. 신틸레이터, 광증배관, 고전압 전원 공급 장치 및 기타 구성 요소로 구성되어 있으며 무거운 원소에 대한 에너지 분해능은 25퍼센트~30퍼센트, 가벼운 원소에 대한 분해능은 50퍼센트~60퍼센트입니다.
비례 카운터: 폐쇄형 비례 카운터와 가스 흐름 비례 카운터로 나뉩니다.
비례 카운터는 3A 이상의 파장을 가진 X-선을 감지하는 데 사용됩니다. 최신 X선 분광기는 일반적으로 기체 흐름 비례 카운터를 사용합니다. 장파장 X-선의 흡수를 줄이기 위해 검출기 창 재료로 사용되는 알루미늄 코팅 폴리에스테르 필름은 매우 얇습니다(일반적으로 6um이지만 더 얇은 것도 있습니다). 얇은 창은 가스 누출을 방지할 수 없으므로 가스 흐름을 이용해 공기를 배출하기 위해 신선한 가스를 주입합니다. P10 가스(90% 아르곤, 10% 메탄)가 가장 널리 사용되는 혼합 가스입니다. 비례 카운터의 에너지 분해능은 신틸레이션 카운터보다 우수합니다.
폐쇄형 비례 카운터는 불활성 가스, 산소, 질소 등과 같은 이온화된 가스를 영구적으로 밀봉하여 가스 누출을 방지하며 비교적 두꺼운 베릴륨 또는 운모 창이 장착되어 있으며 운모 창 두께는 일반적으로 12~15um입니다. 다른 조건은 가스 유량 비례 카운터와 동일합니다.
반도체 검출기: 주로 에너지 분산 분광기에 사용되는 이 검출기는 높은 검출 효율과 에너지 분해능으로 대부분의 경금속 및 중금속 원소의 특징적인 스펙트럼에서 에너지를 검출할 수 있다는 장점이 있습니다.
(4) 기록 시스템.
증폭기, 펄스 진폭 분석기 및 판독 섹션으로 구성됩니다. 증폭기: 프리앰프와 선형 증폭기(메인 증폭기)를 포함합니다. 신틸레이션 카운터와 비례 카운터의 펄스 진폭 출력은 일반적으로 수십에서 수백 밀리볼트 범위이며, 약한 전기 신호는 직접 카운트할 수 없으므로 증폭을 거쳐야 합니다. 프리앰프는 일반적으로 10배에서 수십 배까지 먼저 증폭하고, 주 증폭기는 입력 신호 펄스를 추가로 증폭하여 후속 판별 회로의 요구 사항을 충족하는 펄스 진폭을 생성하며 증폭 계수는 500-1000배에 이릅니다. 펄스 진폭 분석기: 특정 범위의 펄스 진폭을 선택하여 분석 라인의 펄스를 간섭 및 배경과 구별하는 동시에 간섭을 억제하고 비용을 절감하여 분석의 감도와 정확도를 향상시키는 기능입니다. 판독 섹션은 캘리브레이터, 비율 측정기, 프린터 및 기타 구성 요소로 구성됩니다.
2.2 동시 자동 X-선 형광 분광기(다중 채널 X-선 형광 분광기라고도 함)
이 기기는 일련의 단일 채널 기기로 구성되며, 각 기기는 자체 수정, 콜리메이터, 검출기, 증폭기, 펄스 높이 분석기, 계수 보정기가 공통 X-선 튜브와 샘플 주위에 방사형으로 배열되어 있습니다. 대부분의 채널은 고정되어 있어 특정 원소 스펙트럼 라인을 20 각도로 분석하며, 해당 원소의 스펙트럼 라인에 가장 적합한 구성 요소를 갖추고 있습니다. 이러한 유형의 채널을 고정 채널이라고 합니다. 현재 22채널, 28채널, 30채널 등의 계측기 모델을 볼 수 있습니다. 또 다른 채널 유형은 스캐닝 채널로, 다중 채널 분광기에는 1-3개의 스캐닝 채널이 있으며, 2ϴ 스캐닝으로 정 성적 분석을 위한 모터 구동 메커니즘이 있습니다.
다중 채널 기기는 시료의 다양한 요소를 동시에 측정할 수 있으므로 많은 수의 유사한 시료를 분석하는 데 적합합니다. 그러나 이러한 유형의 기기는 구조가 크고 가격이 비싸며 적용 범위가 더 광범위할 수 있습니다.
2.3 에너지 분산형 X-선 형광 분광기
파장 분산형 X-선 형광 분광기와 에너지 분산형 X-선 형광 분광기의 비교는 샘플에서 방출되는 특징적인 X-선을 분리(분산)하는 데에만 차이가 있습니다. 전자는 분광학에 크리스탈을 사용하는 반면, 후자는 일반적으로 에너지 스크리닝 분석을 위해 에너지 분해능이 높은 반도체 검출기와 다중 채널 펄스 진폭 분석기를 사용합니다. 최신 에너지 분산형 X 분광기의 구조는 그림 6-4에 나와 있습니다.
에너지 분산형 X-선 형광 분광기에서 X-선 소스는 X-선 튜브 또는 방사성 동위원소를 여기 소스로 사용할 수 있습니다. 샘플에서 방출되는 특징적인 X-선은 검출을 위해 반도체 검출기[일반적으로 사용되는 Si(Li) 검출기]로 전송되어 진폭과 광자 에너지에 비례하는 일련의 전류 펄스를 생성합니다. 검출기의 출력을 증폭한 후 펄스 분석을 위해 다중 채널 펄스 높이 분석기로 전송됩니다. 얻어진 다양한 펄스 높이 분포는 에너지 스펙트럼으로 표시되거나 기록되며, 여기서 표시된 이미지는 강도 대 펄스 높이 또는 강도 대 광자 에너지의 스펙트럼입니다. 원소의 농도(함량)는 에너지 스펙트럼 피크의 높이에 따라 결정됩니다.
대부분의 경우 방사성 동위 원소가 여기 소스로 사용되기 때문에 이러한 유형의 X-선을 "소프트" X-선이라고도 합니다. "연성" X-선을 사용하여 만든 에너지 분산형 X-선 형광 분광기는 X-선 소스와 관련된 많은 구성 요소와 시스템을 제거하기 때문에 가볍습니다.
3. X-선 형광 분광 분석의 특성
3.1 장점
(1) 광범위한 원소를 분석할 수 있으며 주기율표의 첫 92개 원소를 거의 모두 분석할 수 있습니다.
(2) 분석할 수 있는 원소 함량의 범위가 수십만 분의 1에서 100퍼센트까지 매우 넓으며 다른 검출 방법과 비슷한 정밀도로 분석할 수 있습니다.
(3)이 방법은 비파괴 분석 방법으로 분석 과정에서 시료가 손상되지 않고 화학적 상태의 변화를 일으키지 않으며 시료 분산이 발생하지 않습니다. 동일한 시료를 반복적으로 측정할 수 있어 귀금속 보석의 검출 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 특히 귀금속 제품의 품질 평가 및 진품 확인에 적합합니다.
(4) 분석 속도가 빠릅니다. 측정에 필요한 시간은 측정의 정밀도와 관련이 있지만 일반적으로 매우 짧으며 시료에서 측정 할 모든 요소를 2 ~ 5 분 안에 완료 할 수 있습니다.
(5) 분석 시료의 형태 및 화학 결합 상태와 무관하며 고체 시료, 액체, 압착 블록, 분말, 필름 또는 모든 크기의 시료를 분석할 수 있습니다.
(6) 분석 비용이 저렴하고 운영자에게 요구되는 전문적 배경과 기술 숙련도가 높지 않습니다.
3.2 제한 사항
(1) 비금속 원소 및 금속과 비금속 사이의 원소는 정확하게 검출하기 어렵습니다. 기본 파라미터 방법으로 테스트할 때 테스트 시료에 C, H 또는 O와 같은 가벼운 원소가 포함되어 있으면 오류가 발생합니다.
(2) 표준 곡선을 생성하려면 대표 샘플이 필요하며 분석 결과의 정확성은 표준 샘플의 화학 분석을 기반으로하며 다른 요소의 간섭과 겹치는 피크의 영향을 쉽게받을 수 있습니다. 표준 곡선 모델은 수시로 업데이트해야 하며, 기기 또는 표준 시료가 변경되면 표준 곡선 모델도 변경해야 합니다.
(3) 방사성 동위원소 출처로 인한 잠재적 오염 위협이 있는 경우.
(4) XRF 방법은 매트릭스가 다른 금 보석에 대한 검출 오차가 크고 샘플의 특성과 균일 성을 고려하지 않으며 특히 표면 처리 된 금 보석 및 금도금 품목에 대해 정확한 검출을 할 수 없습니다. 밀도법의 한계는 합금 유형을 잘못 판단하면 심각한 오류나 잘못된 결론을 도출할 수 있다는 것입니다. 그러나 합금 유형과 불순물 원소의 상대적 비율을 미리 알고 있으면 측정 정확도가 다른 방법보다 뛰어납니다. 따라서 특정 응용 분야에서 밀도법과 X-선 형광 분광법을 결합하는 것은 매우 효과적인 접근 방식으로, 두 가지 방법이 검증을 위해 서로를 보완합니다. X-선 형광 분광법을 사용하여 합금 유형을 감지하고 다양한 불순물 원소의 상대 비율을 대략적으로 측정 한 다음 밀도법을 사용하여 함량을 결정하는 것은 귀금속이 금 도금 또는 금 충전이 아닌 균일한 합금인 경우 보석 품질 검사 스테이션에서 널리 적용됩니다.
4. X-선 형광 분광기의 정성 및 정량 분석 방법 4.
4.1 샘플 준비하기
분석하기 전에 시료의 종류, 자국, 외관 등을 확인하고, 표면이 더러운 시료는 깨끗이 닦아서 측정 표면에 오염 물질이 없는지 확인해야 합니다.
테스트 기관 외에도 보석 회사에서는 생산 과정에서 재료와 제품의 품질을 모니터링하기 위해 X-선 형광 분광기를 광범위하게 사용합니다. 분석할 시료는 고체 또는 수용액일 수 있으며, 시료의 상태는 측정 오류에 영향을 미칩니다. 고체 시료는 오염 물질이 없는 깨끗한 표면을 가져야 합니다. 고체 귀금속 시료의 경우 성분 분리로 인한 오류에 주의를 기울여야 합니다. 예를 들어, 분리로 인해 동일한 금 나무에서 만들어졌지만 다른 위치에 위치한 보석 주물은 다른 품질을 가질 수 있습니다. 화학 성분은 동일하지만 열처리 공정이 다른 샘플은 계수율이 달라집니다. 균일하지 않은 귀금속 시료의 경우 균일성을 얻기 위해 재용해하고 빠르게 냉각한 다음 시트로 말거나 골절에서 채취해야 하며, 표면이 고르지 않은 시료는 평평하게 연마해야 하고, 분말 시료는 300-400 메쉬로 갈아서 디스크에 넣거나 시료 홀더에 넣어 측정해야 합니다. 액체 시료는 여과지에 떨어뜨려 적외선 램프로 수분을 말린 후 측정하거나 시료 홀더에 밀봉할 수 있습니다.
4.2 시료의 주요 원소 및 불순물 성분을 확인하기 위한 정성 분석
원소마다 형광 X선의 특정 파장이나 에너지가 다르기 때문에 형광 X선의 파장이나 에너지에 따라 원소의 조성을 결정할 수 있습니다. 파장 분산 분광기인 경우, 특정 평면 간 간격을 가진 결정에 대해 검출기가 회전하는 각도 2ϴ로부터 X-선의 파장 λ를 결정하여 원소 조성을 결정할 수 있습니다. 에너지 분산 분광기의 경우 채널별로 에너지를 식별하여 어떤 원소와 성분이 존재하는지 확인할 수 있습니다. 그러나 원소 함량이 너무 낮거나 원소 간 스펙트럼 라인 간섭이 있는 경우에는 여전히 수동 식별이 필요합니다. 먼저 엑스레이 튜브의 대상 물질을 식별합니다. X-선과 그에 수반되는 강한 피크의 선을 측정한 다음 에너지를 기준으로 나머지 스펙트럼 선에 라벨을 붙입니다. 알 수 없는 스펙트럼 라인을 분석할 때는 샘플의 소스 및 특성과 같은 요소를 고려하여 종합적인 판단을 내려야 합니다.
4.3 표준 샘플 선택 및 캘리브레이션 곡선 그리기
정성 분석 결과를 바탕으로 순도 및 불순물 성분과 일치하는 표준 샘플을 선택합니다. 일반적으로 다음 요구 사항이 적용됩니다:
(1) 표준 샘플의 원소 유형은 알 수 없는 샘플의 원소 유형과 유사해야 하며 동일해야 합니다.
(2) 표준 샘플의 모든 구성 요소의 함량을 알고 있어야 합니다.
(3) 표준 시료에서 측정된 원소의 함량 범위에는 미지의 시료에서 측정된 모든 원소가 포함되어야 합니다.
(4) 표준 시료의 상태(분말 시료의 입자 크기, 고체 시료의 표면 평활도, 측정 원소의 화학 상태 등)가 미지 시료와 일치하거나 적절한 방법으로 일치하도록 처리할 수 있어야 합니다.
시료를 각각 3회 이상 측정합니다. 반복 측정 후 평균값을 계산한 다음 각 요소 함량의 표준값과 해당 평균값을 매개변수로 사용하여 보정 곡선을 그리고 선형 방정식을 도출합니다. 일반적으로 실험실에서는 정기적으로 보정 곡선을 확인해야 합니다.
4.4 시료 감지 및 정량 분석 결과 계산
샘플은 샘플 챔버에서 테스트되고 X-선 형광 분광법으로 정량적으로 분석되는데, 이는 원소의 형광 X-선 강도를 기반으로 한 사실에 기초합니다.i 는 샘플 C에 있는 해당 요소의 양에 정비례합니다.i
Ii = Is x Ci
공식에서 나는s 는 요소의 형광 X-선 강도(Ci =100%.
위의 공식에 따라 표준 곡선법, 증분법, 내부 표준법 등을 사용하여 정량 분석을 수행할 수 있습니다. 그러나 이러한 방법은 표준 시료의 조성이 테스트 시료와 가능한 한 유사해야 하며, 그렇지 않으면 테스트 시료의 매트릭스 효과는 시료의 기본 화학 성분과 물리적 및 화학적 상태의 변화를 말하며 이는 X-선 형광의 강도에 영향을 미칩니다. 화학 성분의 변화는 시료의 1차 X-선 흡수 및 X-선 형광에 영향을 미칠 수 있으며 형광 강화 효과도 변경할 수 있습니다.
보정 곡선을 기준으로 측정값을 보정 곡선의 선형 방정식에 대입하여 샘플 측정값의 보정 값을 계산합니다. 각 샘플에 대해 서로 다른 위치에서 3개 이상의 대표 테스트 값을 선택하고 반복 측정을 통해 평균을 계산합니다.
5. XRF 방법의 검출 정확도에 미치는 영향
XRF는 유사한 성질을 가진 많은 표준 물질에서 원소의 형광 강도와 함량 간의 관계를 활용하여 수학적 검량 곡선을 설정한 다음 미지의 시료에서 원소의 형광 강도를 측정하여 함량을 결정합니다. 매우 정확한 검출 결과를 얻으려면 표준 작업 곡선을 설정하고 계산 방법을 선택하는 것이 매우 중요합니다.
5.1 표준 작업 곡선
표준 물질(표준 시료)은 표준 작업 곡선을 설정하는 데 기초가 됩니다. 하지만 현재 국내 시장에는 귀금속 장신구에 대한 시판 표준물질이 부족하고 귀금속 장신구의 불순물 종류가 다양합니다. 시판되는 국가 표준물질에만 의존하다 보니 불순물 조성과 일치하는 표준물질 요건을 충족하기 어렵습니다. 이로 인해 매트릭스 효과로 인해 분석 결과에서 상당한 편차가 발생합니다. 예를 들어, 금 계열 표준물질의 교정에서 니켈과 같은 불순물 원소가 없는 경우 니켈 함유 화이트 K 골드를 측정하기 위해 X-선 형광 분광기를 사용하면 필연적으로 오류가 발생할 수밖에 없습니다.
피팅을 위한 작업 곡선을 설정할 때는 보정 요소를 합리적으로 선택하는 것이 필수적입니다. 향상, 흡수, 중첩, 간섭 등 어떤 보정 요소를 선택하든 곡선 피팅 후 계산된 오차와 표준 샘플의 실제 테스트 편차를 고려하여 선택한 요소와 방법이 실제로 효과적인지 확인해야 합니다.
곡선 피팅 시 가장 중요한 기준은 곡선의 겉보기 콘텐츠 포인트가 권장 값 포인트와 유사해야 한다는 것입니다. 계산된 보정 계수는 양수 및 음수 값을 가져야 실제 테스트 결과가 실제 값에 가까워져 측정 데이터의 정확성과 신뢰성을 높일 수 있습니다.
5.2 계산 방법 선택
X-선 형광 분광법은 일반적으로 직접 방법, 차이 방법, 정규화 방법의 세 가지 정량 분석 방법을 사용합니다.
(1) 직접 방법. Au의 강도를 해당 강도와 함량 선형 관계 방정식에 대입하여 Au의 함량을 계산합니다.
(2) 차이 방법. 총량 100퍼센트에서 불순물 원소의 함량을 직접 빼서 주원소의 함량을 구합니다.
(3) 정규화 방법. 정규화된 콘텐츠를 100퍼센트로 가정하고 각 요소의 콘텐츠 값을 합산하여 100퍼센트와 비교합니다. 초과 부분은 각 요소에 가중치를 부여하여 각 요소의 최종 콘텐츠 값을 도출합니다.
테스트할 귀금속 원소의 함량이 75％를 초과하면 주 원소 함량과 강도 간의 선형 관계가 약해지고 선형 관계에서 직접 얻은 결과가 부정확해지는 경향이 있습니다. 불순물 원소의 선형 관계로 전환하면 비교적 정확한 불순물 원소 함량을 얻을 수 있습니다. 정규화 방법 또는 차이 차감 방법을 사용하면 더 정확한 주원소 함량을 얻을 수 있습니다. 귀금속 원소의 함량이 75퍼센트 미만인 경우 계산에 직접 Au의 강도와 함량 간의 선형 관계를 사용하면 더 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.
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섹션 V 화재 분석 방법(컵셀레이션 방법)
큐펠레이션법이라고도 하는 화염 분석법은 용융과 로스팅을 통해 광물 및 금속 제품에 포함된 귀금속 성분의 함량을 측정하는 방법입니다. 화염 분석은 금과 은을 농축하는 고대의 수단일 뿐만 아니라 금과 은 분석의 중요한 방법이기도 합니다. 국내외 지질학, 광업, 금은 제련 업계에서는 생산 과정에서 가장 신뢰할 수 있는 분석 방법으로 널리 활용하고 있습니다.
화재 분석은 국제적으로 가장 정확한 방법으로 인정받고 있습니다. 여러 국가에서 국가 표준으로 지정했으며, 국제적으로 금 함량 판정을 위한 공인된 중재 방법이 되었습니다. 중국의 표준 "보석류 귀금속 순도에 대한 규정 및 명명 방법"(GB 11887-2012)에서도 금 합금의 금 함량을 측정하는 중재 방법으로 화염 분석법을 지정하고 있습니다.
1. 화재 분석 방법의 원리
분석할 금 시료의 무게를 일정량 측정하고 적정량의 은을 첨가한 후 납 호일로 감싼 다음 고온에서 녹입니다. 용융된 납은 금, 은 및 귀금속을 포집하여 노출된 금과 은을 용융 상태에서 완전히 용해시킬 수 있습니다. 용융 합금의 납은 공기나 산소에 쉽게 산화되어 용융 납 산화물을 형성합니다. 산화납의 표면 장력과 상대 밀도는 용융 납과 달라서 용융 납이 바닥으로 가라앉아 납 버튼을 형성합니다. 동시에 다공성 재 접시는 습윤 특성과 모세관 작용으로 인해 용융된 산화납을 흡수합니다. 용융 납의 응집력은 강하고 재 접시에 흡수되지 않습니다. 용융 납 산화물이 재 접시에 스며든 후 용융 납은 새로운 표면을 노출하고 다시 산화되고 재 접시는 새로 형성된 용융 납 산화물을 흡수합니다. 이 과정은 모든 납이 산화납으로 산화되고 재 접시에 흡수되어 납 버튼과 슬래그가 잘 분리될 때까지 반복적으로 계속됩니다. 이 과정에서 다른 비금속 원소도 부분적으로 또는 완전히 휘발성 산화물을 형성하거나 재 접시에 흡수되어 불순물 원소를 제거하고 더 순수한 귀금속 입자를 얻는다는 목표를 달성 할 수 있습니다. 애쉬 블로잉 후 은은 질산에 녹는 반면 금은 녹지 않는 특성을 이용해 합금 입자를 처리하여 은을 질산에 용해시키고 금을 분리합니다. 질산에서 분리된 금의 무게를 측정하고 동시에 측정한 순금 표준 시료로 보정한 후 시료의 금 함량을 계산합니다.
2. 화재 분석의 장점과 단점
2.1 장점
(1) 화재 분석 방법은 광범위한 응용 분야를 가지고 있으며 금 함량이 333.0 %에서 999.5 % 사이 인 다양한 금 및 K 금 보석의 금 함량을 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 보석 산업 테스트 기관에서 고전적인 테스트 방법으로 인정받고 있습니다.
(2) 분석 결과는 높은 정밀도와 정확도로 신뢰할 수 있습니다.
(3) 표본 크기가 크고 대표성이 있어 샘플링 오류를 크게 줄일 수 있습니다.
2.2 단점
(1) 테스트를 위해 샘플을 파기해야 하는 파괴적인 방법이기 때문에 탐지 비용이 많이 듭니다.
(2) 고순도 금 보석 시료(금 함량 999.5％ 이상) 및 질산에 불용성인 불순물(Ir, Pt, Rh 등)이 포함된 시료에는 적합하지 않습니다.
(3) 회분 융합 공정은 유해 원소인 납을 수집기로 사용해야 하므로 검사자의 건강과 환경에 안전 위험을 초래할 수 있습니다.
(4) 분석 프로세스는 많은 실험 단계와 복잡한 작업으로 인해 시간이 오래 걸리며, 실험 담당자의 높은 수준의 전문 기술과 경험이 필요합니다.
3. 화재 분석 방법에 사용되는 장비 및 도구
3.1 재 분출로
고온 재 분출로는 화재 분석에 사용됩니다(머플 퍼니스). 재 분출을 위해 특별히 설계된 머플로는 그림 6-5와 같이 공기를 예열하고 안정적인 통과를 보장할 수 있는 공기 흡입구와 배출구가 있어 공기 순환이 가능해야 하며, 퍼니스 온도가 실온에서 1100℃까지 균일하게 가열될 수 있는 것이 바람직합니다.
3.2 분석 균형
화재 분석법은 분석 저울에 대한 엄격한 요구 사항이 있는 품질 분석법으로, 일반적으로 0.01mg 이내의 정밀 분석 저울 감도를 요구합니다. 저울과 분동은 정기적으로 교정해야 하며, 교정 주기는 작업량에 따라 1개월 또는 1분기로 설정하는 것이 이상적입니다.
3.3 금 분리 바구니
금 분리 바구니를 만드는 데 사용되는 재료는 국가마다 다릅니다. 중국에서는 그림 6-6과 같이 분석 실험실에서 백금 또는 스테인리스 강판을 사용하는 경우가 많습니다.
3.4 압연기
합금을 얇은 시트로 압축하는 데 사용되며, 압연 시트의 두께가 균일하고 일정해야 분석 오류가 증가하지 않습니다.
3.5 재 접시
재 접시는 납 블로잉 과정에서 납 산화물을 흡수하는 다공성 내화 용기입니다. 일반적인 애쉬 접시에는 시멘트 애쉬 접시, 골재 시멘트 애쉬 접시, 마그네시아 애쉬 접시가 있습니다(그림 6-7).
4. 화재 분석의 분석 단계
금 함량이 333.0％~999.5％인 금 합금 주얼리를 예로 들면, 금 함량을 분석하는 과정은 크게 사전 분석, 계량, 은 보충, 납 피복, 재 불기, 압연, 금 분리 및 결과 계산의 8단계로 나뉩니다.
4.1 사전 분석
일반적인 사전 분석 방법으로는 중량법과 X선 형광 분광법(XRF)이 있습니다. 중량법은 사전 분석의 정확도가 높지만 시간이 오래 걸립니다. XRF 방법은 빠르고 시료의 불순물 원소 함량을 동시에 분석할 수 있지만 오차 범위가 더 큽니다. 일반 시료의 경우, 사전 분석에 XRF를 사용하여 시료의 기본 구성을 파악하고 은, 구리, 니켈 등의 표준 시료의 품질을 쉽게 계산할 수 있습니다. 불규칙한 모양이나 XRF 분석 오차가 큰 시료의 경우 중량법을 사전 분석에 사용할 수 있습니다.
4.2 무게 측정
200~300mg 표준 금 시료를 3~4개로 나누고 표준 금 품질에 해당하는 테스트 시료를 3~4개로 나누어서 0.01mg까지 정확하게 계량합니다. 샘플은 작은 조각으로 자르고 균일하게 혼합한 후 계량하여 대표성을 높여야 합니다. 표준 금과 시료의 계량은 일관성 원칙에 따라 성분 비율이 가능한 한 유사해야 합니다. 평행 표준 금과 평행 샘플 간의 계량 편차는 2퍼센트 이내로 제어해야 합니다.
4.3 실버 보충
은을 보충할 때는 은과 금의 비율이 중요합니다. 은이 금의 두 배 미만이면 금 분리가 진행되지 않습니다. 금과 은의 비율이 크면 금 롤이 쉽게 파손될 수 있습니다. 은의 양이 금의 2.1~2.5배가 되는 것이 더 적절합니다. 극도로 부족한 은의 양은 1％ 이내로 조절해야 합니다. 시료에 포함된 비금속의 총량을 고려할 때 표준 금에 비례하여 적절한 양의 구리를 첨가해야 합니다.
4.4 납 클래딩
계량한 표준 금과 샘플을 납 호일에 따로 포장하고 말아서 번호를 매깁니다. 납 호일의 무게는 일반적으로 3.5g이며, 표준 금과 시료의 납 포장량은 가능한 한 일정해야 합니다. 납의 양은 시료의 불순물 함량에 비례하며, 구리 및 니켈 함량이 높으면 납의 양을 늘릴 수 있습니다. 그림 6-8과 같이 납과 시료를 단단히 포장하여 간격을 최소화하고 납을 넣은 후 공기 팽창으로 인한 튀는 손실을 방지해야 합니다.
참고: 그림의 숫자는 샘플 번호이며, 아래에도 동일하게 적용됩니다.
4.5 재 불기
납 호일로 감싼 표준 금과 샘플을 재가마에 넣고 온도 편차를 피하기 위해 표준 금과 샘플을 십자 패턴으로 배열합니다. 도가니는 잔류 유기물 및 기타 휘발성 물질이 튀는 것을 방지하기 위해 920℃ 이상으로 예열해야 합니다. 도가니 온도를 920-1000℃로 유지하고 시료가 완전히 녹을 때까지 약 25분 동안 산화 분위기에서 계속 가열합니다. 폐쇄형 재 송풍로를 사용하는 경우, 920-1000℃에서 30-40분간 유지한 후 재 송풍로 문을 약간 열어 산화 재를 송풍하고 10-15분 후 닫습니다.
재 송풍이 완료되면 그림 6-9와 같이 가열을 중단하고 용광로를 700℃ 이하로 식힌 다음 제거하여 급격한 냉각으로 인해 응집체가 급격히 산화되어 튀어서 스파이크가 발생하는 것을 방지합니다.
4.6 롤링
브러시를 사용하여 합금 입자에 부착된 회분 물질을 제거하고 모루에서 평평하게 만든 다음(그림 6-10) 700℃에서 어닐링합니다. 롤링 밀을 사용하여 합금 입자를 0.15-0.2mm의 얇은 시트로 굴린 다음(그림 6-11) 과도한 시간을 피하면서 다시 어닐링합니다. 압연하는 동안 합금 입자가 공급되는 방향은 시료 균열 및 손실을 방지하기 위해 일정해야 합니다. 압연된 시트의 두께는 일관된 부가가치를 보장하기 위해 균일해야 합니다. 디지털 스틸 스탬프를 사용하여 원통형 모양으로 표시하고 압연합니다(그림 6-12).
그림 6-10 합금 입자 평평하게 만들기
그림 6-11 얇은 시트 롤링
4.7 금 분리
질산을 사용하여 금 합금 롤에서 은을 녹입니다. 금을 분리하기 전에 합금 롤, 플라스크 또는 바구니를 깨끗이 세척하여 오염이나 염화물 이온의 유입을 방지하세요. 그림 6-13과 같이 끓는점에 가까운 온도에서 항상 끓는점 이하로 유지하면서 금 롤을 20mL의 끓는 질산이 담긴 분리 플라스크에 담그고 15분 동안 또는 질소 산화물 염분이 날아갈 때까지 계속 가열합니다. 용액을 천천히 붓고 금 롤을 뜨거운 물로 3~5회 씻은 다음 끓는 질산에 담갔다가 다시 씻습니다.
분리한 표준 금을 그림 6-14와 같이 도자기 도가니로 조심스럽게 옮기고 말린 다음 황금빛 노란색으로 태웁니다. 식힌 후 금 롤의 질량을 0.01mg으로 정확하게 측정합니다.
4.8 계산 결과
골드 함량 Wt(Au)는 공식 (6-3)에 따라 계산되며, 결과는 소수점 첫째 자리에서 반올림됩니다:
공식에서:
m1 - 샘플 질량(g);
m2 - 샘플에서 분리한 후 얻은 금의 질량(g)입니다;
m3 - 표준 금(g)의 질량입니다;
m4 - 표준 금 분석 후 얻은 금괴의 품질(g)입니다;
E - 표준 금의 순도(‰)입니다.
반복 실험으로 인한 결과의 편차는 999.0‰-999.5‰의 경우 0.2‰ 미만, 금 합금은 999.0‰ 미만 및 0.5‰ 미만, 화이트 K 골드는 1‰ 미만이어야 합니다.
5. 화재 분석의 정확도에 영향을 미치는 요인 5.
금 함량을 분석하기 위해 화염 분석을 적용할 때 시료 크기, 큐펠로 유형, 큐펠의 재질, 은 대 금 비율, 큐펠 온도 및 분리 시간과 같은 요소가 모두 결과에 영향을 미칩니다. 금 표준 시료를 사용하여 동반 실험을 수행하고 금 표준 시료와 시료의 분석 조건의 일관성을 유지하여 우수한 평행성과 정확하고 신뢰할 수 있는 결과를 얻고 분석 프로세스의 체계적인 오류를 제거해야 합니다.
5.1 샘플 크기
금 주얼리 분석을 위한 샘플 크기는 일반적으로 작은데, 이는 금 주얼리의 합금 원소 함량이 높기 때문입니다. 그러나 샘플 크기가 너무 작으면 샘플의 대표성과 분석의 정확도에 직접적인 영향을 미칩니다. 순도가 높고 니켈과 구리 함량이 낮은 주얼리의 경우 샘플 크기를 적절히 늘려야 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 저등급 K 금의 경우 불순물 분리를 용이하게 하기 위해 납 포일의 양을 적절히 늘릴 수 있습니다. 표준 금 감정은 체계적인 편차를 피하기 위해 일정한 범위의 제어와 절충안이 있어야 합니다.
5.2 재 불기 용광로
일반 머플로는 온도 요건만 충족할 수 있습니다. 큐셀레이션 과정에서 필요한 산화 가스 흐름을 제공할 수 없으므로 큐셀레이션의 품질과 효과가 떨어집니다. 또한 산화에 필요한 산소를 공급하기 위해 큐펠레이션 단계에서 퍼니스 도어를 약간 열어야 하는데, 이로 인해 다량의 산화납이 퍼니스 도어에서 빠져나와 주변 환경을 심각하게 오염시키고 작업자의 건강을 위협하는 등 안전상의 위험도 존재합니다. 또한 장시간 사용하면 산화납에 의해 퍼니스 챔버의 부식 손상 및 개방이 발생할 수 있으며 퍼니스 내부의 다량의 납 잔류 물이 제때 배출되기 어려워 분석 샘플을 쉽게 오염시킬 수 있습니다. 따라서 전용 컵셀레이션 퍼니스가 우선시되어야 합니다.
5.3 재떨이 재질
재떨이의 재질과 비율을 선택할 때는 납의 불순물을 흡수하는 재떨이의 능력뿐만 아니라 재를 날리는 과정에서 금과 은의 회수율도 고려하는 것이 중요합니다. 마그네시아 재떨이는 회수율이 상대적으로 높지만 바닥에 부착된 입자를 제거하고 재를 날리는 온도와 끝점을 결정하는 데 문제가 있습니다. 골재 및 시멘트 재떨이는 재분사 온도와 종점을 쉽게 판단하고 제어할 수 있어 얇은 시트로 타격할 때 깨지지 않는 순수한 골재를 얻을 수 있습니다. 하지만 회수율은 상대적으로 낮습니다.
5.4 실버 대 골드 비율
은은 화재 분석에서 불순물에서 금을 추출하는 추출과 측정 과정에서 금 손실을 줄이는 보호라는 두 가지 역할을 합니다. 소량의 은은 재를 불어넣는 동안 금 손실과 불완전 산화를 증가시킬 수 있지만 은의 양이 많다고 해서 항상 좋은 것은 아닙니다. 첨가되는 은의 양이 금 무게의 3배가 되면 금 손실이 증가하고 분리 중에 금이 쉽게 깨질 수 있습니다. 일반적으로 은의 첨가량은 시료의 성분과 관련이 있습니다. 애쉬 블로잉 중에 화이트 골드 합금의 니켈과 팔라듐이 포집되면 금도 손실될 수 있으므로 일반적으로 금 손실을 방지하기 위해 더 많은 양의 은이 보호제로 필요합니다. 팔라듐이 아닌 니켈을 함유한 화이트 골드 합금에 대해 화재 분석법을 사용하여 금 함량을 분석할 때는 표준 금에 시료와 거의 동일한 양의 니켈을 첨가하고 납의 양을 늘려야 합니다. 팔라듐이 함유된 화이트 골드 합금의 경우, 표준 금에 시료와 거의 동일한 양의 팔라듐을 첨가하고 납의 양을 늘려야 합니다.
5.5 재 분사 온도
18K 금을 예로 들면, 동일한 공정 조건에서 재분사 온도가 900~1500℃ 범위 내에 있을 때 표준 금 손실은 재분사 온도가 상승함에 따라 증가하며 선형 분포를 보입니다. 재분사 온도가 너무 높으면 은이 증발하고 튀기 쉬워 분석 결과의 오차가 증가하고, 재분사 온도가 너무 낮으면 용융된 납 산화물과 불순물이 서로 뭉쳐 도가니에 완전히 흡수되지 않아 분석 공정이 진행되지 않을 수 있습니다.
5.6 골드 분리 시간
18K 화이트 골드를 예로 들면, 금 분리 시간이 길어질수록 금 측정 결과가 감소하지만 일정 수준에 도달한 후에는 금 측정 결과가 변하지 않습니다.
섹션 VI 유도 결합 플라즈마 방출 분광법(ICP 방법)
유도 결합 플라즈마 방출 분광계는 유도 결합 고주파 플라즈마를 여기 광원으로 사용하여 각 원소 원자 또는 이온의 특징적인 방출 스펙트럼을 활용하여 물질의 조성을 결정하고 원소의 정성 및 정량 분석을 수행하며, ICP 분광계 또는 ICP 원자 방출 분광계로도 알려져 있습니다. ICP 방전은 액체와 고체의 에어로졸과 증기, 상압의 기체를 자유 원자, 여기 상태 원자, 이온 또는 분자 조각으로 변환하는 비교적 간단하고 매우 효과적인 방법입니다. 물질의 다양한 주요 원소, 미량 원소 및 극미량 원소를 신속하게 분석할 수 있습니다. 넓은 검사 범위, 빠른 분석 속도, 낮은 검출 한계가 특징인 다원소 동시 분석에 가장 경쟁력 있는 방법 중 하나입니다. 고함량 금을 검출하는 데 높은 정밀도와 정확도를 가지고 있으며, 주얼리 산업 테스트 기관에서 고함량 금 주얼리 재료를 판별하기 위해 일반적으로 사용하는 방법입니다.
1. ICP 방법의 원리
ICP 방법의 작동 원리는 그림 6-15에 나와 있습니다.
무선 주파수 발생기에서 생성된 고주파 전력은 유도 작동 코일을 통해 3층 동심 석영 토치 튜브에 적용되어 고주파 진동 전자기장을 형성하고, 석영 토치 튜브의 외부 층에 아르곤 가스를 도입하고 고전압 방전을 수행하여 하전 입자를 생성합니다. 하전 입자는 고주파 전자기장 속에서 앞뒤로 움직이며 다른 아르곤 이온과 충돌하여 더 많은 하전 입자를 생성합니다. 동시에 온도가 상승하여 결국 6000~8000K에 이르는 아르곤 플라즈마가 형성되고 테스트할 수용액 샘플이 분무기를 통과합니다. 형성된 에어로졸은 석영 토치 튜브의 중앙 채널로 들어가 고온 및 불활성 가스에서 완전히 증발, 분무 및 이온화되어 용액에 포함된 원소의 특징적인 스펙트럼 라인을 방출하고, 플라즈마 광원에서 빛을 수집하고 주사 분광기를 사용하여 스캔함으로써 테스트 할 원소의 특징적인 스펙트럼 라인의 광 강도를 출구 슬릿에 정확하게 배치합니다. 스펙트럼 라인의 빛 강도는 광증배관을 사용하여 광전류로 변환됩니다. 회로 처리와 아날로그에서 디지털로의 변환을 거친 후 데이터 처리를 위해 컴퓨터로 들어갑니다. 특징적인 스펙트럼 라인의 유무에 따라 시료에 특정 원소가 존재하는지 여부를 식별하고(정성 분석), 특징적인 스펙트럼 라인의 강도에 따라 시료에 포함된 해당 원소의 함량을 결정합니다(정량 분석).
2. ICP 방법의 장점과 단점
2.1 장점
(1) 여러 요소를 동시에 감지하는 기능. 동일한 시료에서 여러 원소를 동시에 검출할 수 있습니다. 샘플이 여기되면 각 원소가 특징적인 스펙트럼 라인을 방출하므로 여러 원소를 동시에 결정하면서 개별적으로 검출할 수 있습니다.
(2) 빠른 분석 속도. 대부분의 시료를 화학 처리 없이 분석할 수 있으며, 고체 및 액체 시료를 바로 분석할 수 있습니다. 또한 여러 원소를 동시에 측정할 수 있습니다. 광자 직접 판독 분광기를 사용하면 수십 가지 원소의 정량 측정을 몇 분 안에 완료할 수 있습니다.
(3) 선택성이 우수합니다. 스펙트럼의 강한 특성으로 인해 화학적 특성이 매우 유사한 원소를 분석하는 데 특히 중요합니다. 예를 들어, Nb와 Ta, Zr, Hf의 수십 가지 희토류 원소를 분석하는 것은 다른 방법에 비해 매우 어렵습니다. 동시에 방출 분광법은 이들을 쉽게 구별하고 측정할 수 있습니다.
(4) 낮은 검출 한계. 일반 광원의 감지 한계는 (0.1-10) x 10입니다.-6, 절대값은 (0.01-1) 10입니다.-6유도 결합 플라즈마(ICP) 광원을 사용하면 검출 한계가 10%까지 낮아질 수 있습니다.-9 엄청난 규모입니다.
(5) 더 높은 정확도. 일반 광원의 상대 오차는 5 % ~ 10 % 인 반면 ICP의 상대 오차는 1 % 미만에 도달 할 수 있습니다.
(6) ICP 광원 표준 곡선의 선형 범위가 46배에 달할 정도로 넓어 단일 샘플의 다원소 분석이 가능하며 고농도, 중농도, 저농도의 다양한 농도를 측정할 수 있습니다.
(7) 전체 시료 배치의 다성분 측정, 특히 정성 분석에 적합한 낮은 시료 소비량은 고유한 이점을 보여줍니다.
2.2 단점
ICP 방법의 단점은 다음과 같습니다.
(1) 시료 조성, 균일성, 시료 평행도, 산 농도, 스펙트럼 간섭, 온도 및 습도와 같은 많은 요소가 스펙트럼 선의 강도에 영향을 미치며, 이 모든 요소가 최종 검출 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. 표준 기준의 구성 요소에 대한 요구 사항이 높으며 대부분의 비금속 원소는 민감한 스펙트럼 라인을 얻는 데 어려움이 있습니다.
(2) 고체 샘플은 일반적으로 미리 용액으로 변환해야 하므로 검출 한계가 악화되는 경우가 많으며 농도가 높으면 정확도가 떨어집니다.
(3) 수용액에 불용성인 Ir과 같은 불순물이 포함된 시료에는 적합하지 않습니다.
(4) 작동 중에 많은 양의 아르곤을 소비하는 고가의 유도 결합 플라즈마 방출 분광기가 필요하므로 검출 비용이 높습니다.
3. ICP 방식에 사용되는 기기 및 시약
3.1 도구
계측기에는 다음이 포함됩니다: 유도 결합 플라즈마 방출 분광기, 베이커, 체적 플라스크 등 기타 일반적인 실험실 유리 제품, 고정밀 전자 저울 등이 있습니다.
3.2 시약
ICP 테스트에 사용되는 물은 "분석 실험실에서 사용되는 물의 사양 및 테스트 방법"(GB/T 6682-2008)에 명시된 1급수 또는 동등한 순도의 물의 사양을 충족합니다.
ICP 테스트에 사용되는 화학 시약은 시료 분해와 원소 표준 용액 준비의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 모든 시약은 분석 등급이어야 합니다. 금 함량을 분석할 때는 순도 99.999％ 이상의 고순도 금 시료가 필요합니다.
4. ICP 분석 단계
예를 들어, 이 단계에는 금 보석의 금 함량을 다음과 같이 분석하는 것이 포함됩니다.
4.1 샘플 준비
샘플을 얇게 갈아서 작은 조각으로 자른 후 비커에 넣고 에탄올 용액 20mL를 넣고 가열하여 5분간 끓인 다음 제거합니다. 에탄올 용액을 붓고 금 조각을 초순수로 세 번 반복해서 씻어냅니다. 염산 용액 20mL를 넣고 가열하여 5분간 끓인 후 제거합니다. 염산 용액을 붓고 금 조각을 초순수로 세 번 반복해서 씻습니다. 금 조각을 유리 계량병에 넣고 뚜껑을 덮은 후 오븐에 넣어 105℃에서 건조시킨 다음 나중에 사용하기 위해 꺼내세요.
4.2 솔루션 준비
(1) 샘플 용액. (1000±2.5)mg 시료의 무게를 측정하고(0.01mg까지 정확) 100mL 비커에 넣고 30mL의 아쿠아 레지아를 넣은 후 시계 유리로 덮고 완전히 녹을 때까지 천천히 가열하면서 질소 산화물을 제거하기 위해 계속 가열합니다. 식힌 후 용액을 50mL 부피 플라스크로 옮기고 시계 유리와 비커를 아쿠아 레지아 용액으로 헹구고 세척액을 부피 플라스크에 넣고 표시까지 희석한 후 나중에 사용하기 위해 잘 섞어 보관합니다. 각 시료에 대해 시료 용액을 두 부분으로 준비합니다.
(2) 보정 용액. 질량이 (1000±2.5)mg(순도 > 99.999％)인 고순도 금 샘플 3개를 계량하고 녹여 고순도 금 용액 3개를 얻은 후 다음 단계에 따라 보정 용액을 준비합니다.
보정 솔루션 1:
고순도 금 용액의 첫 번째 부분을 50mL 부피 플라스크에 옮깁니다. 시계 유리와 비커를 아쿠아 레지아 용액으로 헹굽니다. 세척액을 부피 플라스크에 넣고 표시까지 희석한 후 잘 섞습니다. 보정 용액 1에서 측정된 불순물 원소의 농도를 0/ug/m으로 설정합니다.
보정 솔루션 2:
고순도 금 용액의 두 번째 부분을 혼합 표준 용액 1이 미리 채워진 50mL 부피 플라스크에 옮깁니다. 표면 접시와 비커를 아쿠아 레지아 용액으로 헹굽니다. 세척액을 부피 플라스크에 추가합니다. 표시된 양만큼 희석합니다. 잘 흔듭니다.
보정 솔루션 3:
고순도 금 용액의 세 번째 부분을 5mL의 혼합 표준 용액 2로 미리 채워진 50mL 부피 플라스크에 옮깁니다. 표면 접시와 비커를 아쿠아 레지아 용액으로 헹굽니다. 세척액을 부피 플라스크에 넣고 표시된 양만큼 희석한 후 잘 흔듭니다.
4.3 결정
금 합금 시료를 테스트하는 경우 표 6-2에 따라 적절한 분석 라인과 배경 보정을 선택하여 ICP 분광기를 최적의 조건으로 조정합니다.
표 6-2 불순물 원소(분석 라인)에 대한 권장 파장(단위: nm)
| 요소 | 파장 | 기타 사용 가능한 파장 | 요소 | 파장 | 기타 사용 가능한 파장 |
|---|---|---|---|---|---|
| Ag | 328.068 | 338.289 | Ni | 352.454 | 231.604 |
| Al | 396.152 | 308.215 | Pb | 168.220 | 220.353 |
| As | 189.042 | 193.696 | Pd | 340.458 | 355.308 |
| Bi | 223.061 | 306.772 | Pt | 306.471 | 203.646 |
| Cd | 226.502 | 228.802 | Rh | 343.489 | - |
| Co | 228.616 | 238.892 | Ru | 240.272 | - |
| Cr | 267.716 | 283.563 | Sb | 206.833 | 217.581 |
| Cu | 324.754 | 327.396 | Se | 196.090 | - |
| Fe | 259.940 | 239.563 | Sn | 189.989 | 189.927 |
| Ir | 215.278 | - | Te | 214.281 | - |
| Mg | 279.553 | 280.270 | Ti | 334.941 | - |
| Mn | 257.610 | 260.569 | Zn | 213. 856 | - |
보정 용액 1,3의 불순물 원소 스펙트럼 선 강도를 측정하고, 보정 용액 1에서 측정된 불순물 원소의 농도를 0/ug/mL로 설정한 후 테스트 결과를 바탕으로 작업 곡선을 그리고, 측정 보정 용액과 동일한 조건에서 두 시료 용액에서 불순물 원소의 스펙트럼 선 강도를 측정하고 작업 곡선으로부터 각 시료 용액에 포함된 불순물 원소의 농도를 얻습니다.
4.4 결과 표현
(1) 불순물 원소의 총량 계산. 시료의 총 불순물 원소 양은 공식 (6-4)에 따라 계산합니다:
공식에서:
ƩA - 샘플에 포함된 불순물 원소의 총량(‰)입니다;
ƩCi - 시료 용액의 총 불순물 원소 농도 ug/mL);
V - 샘플 용액의 부피(mL);
m - 샘플의 질량(mg)입니다.
(2) 금 함량 계산.
샘플의 금 함량은 공식(6-5)에 따라 계산됩니다:
공식에서:
w(Au) - 샘플의 금 함량(‰);
ƩA - 샘플의 총 불순물 원소 양(‰)입니다.
(3) 재현성. 시료에 대한 두 번의 병렬 측정에서 총 불순물 원소의 상대 편차는 20％ 미만이어야 하며, 이를 초과하는 경우 재측정이 필요합니다.
5. ICP 분석의 간섭 요인
그림 6-16과 같이 ICP 탐지 과정에서 간섭 현상은 필연적으로 존재합니다. 간섭 메커니즘에 따라 스펙트럼 간섭과 비스펙트럼 간섭의 두 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다. 반대로 간섭 요인의 상태에 따라 기체 상 간섭과 응축 상 간섭으로 나눌 수 있습니다.
스펙트럼 간섭과 비스펙트럼 간섭은 시료 매트릭스의 구성 요소와 동반 물질로 인해 발생하는 효과로, 이미 분해된 분석 신호를 강화하거나 약화시킵니다. 비분광 간섭에는 그림 6-16과 같이 시료 전처리, 분무, 용매 제거, 휘발, 원자화, 여기 및 이온화 간섭이 포함됩니다.
5.1 스펙트럼 간섭
스펙트럼 간섭은 분석물 신호와 간섭 물질에 의해 생성된 방사선 신호를 해결할 수 없기 때문에 발생합니다. 이는 ICP 분광법에서 가장 중요하고 번거로운 문제입니다. ICP의 강력한 여기 능력으로 인해 ICP에 존재하거나 도입되는 거의 모든 물질은 상당한 수의 스펙트럼 라인을 방출하여 많은 양의 스펙트럼 "간섭"을 초래합니다.
하나는 분광계의 불충분한 분산 및 분해능으로 인해 분석에서 특정 공존 요소의 스펙트럼 라인이 겹치는 라인 오버랩 간섭이고, 다른 하나는 매트릭스 구성의 영향 및 ICP 광원 자체에서 방출되는 강한 미광과 관련된 배경 간섭입니다. 라인 중첩 간섭에 고해상도 분광 시스템을 사용한다고 해서 이러한 유형의 스펙트럼 간섭을 제거할 수 있는 것은 아니며, 스펙트럼 간섭이 발생하면 최소 강도로 줄일 수 있다고 생각할 수 있을 뿐입니다. 따라서 가장 일반적으로 사용되는 방법은 간섭이 적은 다른 스펙트럼 라인을 분석 라인으로 선택하거나 보정을 위해 간섭 계수 보정(IEC)을 적용하는 것입니다. 배경 간섭에 대한 가장 효과적인 방법은 최신 계측기에서 사용할 수 있는 배경 보정 기술을 활용하여 이를 차감하는 것입니다. 간섭이 발생하면 최소한의 강도로 줄일 수 있습니다. 따라서 가장 일반적으로 사용되는 방법은 간섭이 적은 다른 스펙트럼 라인을 분석 라인으로 선택하거나 보정을 위해 간섭 계수 보정(IEC)을 적용하는 것입니다. 배경 간섭에 대한 가장 효과적인 방법은 최신 계측기에서 사용할 수 있는 배경 보정 기술을 활용하여 이를 차감하는 것입니다.
5.2 비분광 간섭
(1) 물리적 요인에 의한 간섭.
ICP 스펙트럼 분석용 시료는 용액 형태이므로 용액의 점도, 상대 밀도, 표면 장력 등의 요인은 모두 분무 과정, 액적 크기, 에어로졸 수송, 용매 증발에 영향을 미치며 점도는 용액의 조성, 산의 농도와 종류, 온도와 관련이 있습니다.
용액에 유기 용매가 포함되어 있으면 동적 점도와 표면 장력이 모두 감소하여 분무 효율이 향상됩니다. 동시에 대부분의 유기 시약은 가연성이므로 꼬리 불꽃의 온도가 상승하고 스펙트럼 라인 강도가 증가합니다. 이때 유기 시약의 탄화물 분자 스펙트럼 강도를 억제하기 위해 ICP의 전력을 적절히 높여야 합니다.
위에서 살펴본 바와 같이 물리적 요인의 간섭이 존재하므로 이를 피해야 합니다. 주요 방법은 표준 테스트 용액과 테스트할 시료가 매트릭스 원소, 총 염분, 유기 용매 및 산의 구성과 관련하여 완전히 일치하는지 확인하는 것입니다. 현재 사용되는 연동 펌프 샘플링 시스템은 앞서 언급한 물리적 간섭을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 내부 표준 보정을 통해 물리적 간섭의 영향을 적절히 보정할 수 있습니다. 매트릭스 매칭 또는 표준 추가 방법은 물리적 간섭을 효과적으로 제거할 수 있지만 더 많은 작업 부하가 필요합니다.
(2) 이온화 간섭.
ICP의 샘플은 채널에서 증발, 해리, 이온화 및 여기되기 때문에 샘플 구성의 변화는 고주파 피부 효과의 전기적 파라미터에 거의 영향을 미치지 않습니다. 따라서 이온화하기 쉬운 원소가 이온 라인과 원자 라인의 강도에 미치는 영향은 다른 광원보다 작습니다. 그러나 실험에 따르면 쉽게 이온화할 수 있는 간섭 효과는 여전히 스펙트럼 분석에 일정한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.
수직으로 관측된 ICP 광원의 경우 플라즈마 파라미터를 적절히 선택하면 이온화 간섭을 최소화할 수 있습니다.
그러나 수평으로 관측되는 ICP 광원의 경우, 쉽게 이온화될 수 있는 간섭이 상대적으로 더 심합니다. 현재 사용되는 양방향 관찰 기술은 이러한 쉽게 이온화될 수 있는 간섭을 효과적으로 해결할 수 있습니다. 또한 테스트할 시료 용액과 분석 표준 용액 사이에 유사한 구성을 유지해야 합니다.
(3) 매트릭스 효과 간섭.
매트릭스 효과는 플라즈마에서 비롯되며 모든 분석 라인에서 이 효과는 스펙트럼 라인의 여기 전위와 관련이 있습니다. 그러나 ICP의 우수한 검출 능력으로 인해 분석 용액을 적절히 희석하여 총 염 함량을 약 1mg/mL로 유지할 수 있습니다. 이 희석 용액에서 매트릭스 간섭은 종종 무시할 수 있는 수준입니다. 매트릭스 물질의 농도가 밀리리터당 수 밀리그램에 도달하면 매트릭스 효과를 완전히 무시할 수 없습니다. ICP 광원의 매트릭스 효과는 수평으로 관찰할 때 약간 더 심합니다. 매트릭스 매칭, 분리 기술 또는 표준 추가 방법을 사용하면 매트릭스 효과를 제거하거나 억제할 수 있습니다.
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