贵金属纯度/含量无损检测检测

贵金属纯度/含量无损检测技术及核心检测项目

贵金属（如金、银、铂、钯等）因其稀有性和高价值，其纯度或含量（通常以千分数表示，如Au999、Ag925）的准确测定至关重要。无损检测技术能够在完全不破坏样品外形、不影响其后续使用价值的前提下，对其成分进行快速、有效的分析与评估。以下重点介绍当前主流的无损检测技术及其核心检测项目：

核心无损检测技术及对应项目

1. X射线荧光光谱法 (XRF)

   • 检测项目： 元素成分及含量（百分比或千分比）。
   • 原理： 利用高能X射线（或伽马射线）轰击样品表面，激发样品内部原子产生特征X射线荧光。通过检测这些荧光的能量（波长）和强度，确定样品中存在的元素种类及其含量。
   • 特点：
     • 速度快： 几秒至几分钟即可获得结果。
     • 适用广： 可分析固体（金条、首饰、元件）、粉末、液体等多种形态。
     • 表面分析： 主要反映样品表面层（几微米至几十微米深度）的成分信息。
     • 标准依赖： 定量精度高度依赖标准样品进行校准。
     • 局限性： 对轻元素（如C, O）灵敏度低；镀层、包金等表面处理会影响结果；难以准确分析内部成分不均或空心结构内部。

2. 贵金属密度测量法

   • 检测项目： 整体纯度（名义纯度）。
   • 原理： 基于阿基米德定律。精确测量样品在空气中的质量和在特定液体（常用纯水）中的质量，计算出样品的密度。将实测密度与理论纯贵金属密度及常见掺杂金属（如铜、银）密度进行比对，计算其理论纯度。
   • 特点：
     • 整体评估： 反映样品的整体平均密度，适用于实心、结构均匀的样品（如金条、银锭、简单实心首饰）。
     • 成本低： 设备相对简单（精密天平和密度测量配件）。
     • 局限性：
       • 无法区分元素： 只能得出整体纯度，无法告知掺杂的具体元素。
       • 结构敏感： 空心、镶嵌大量宝石、焊接点过多、内部有空隙或有其他低密度材料（如封装的电子元件）的样品，测量结果会严重偏离真实纯度。
       • 合金成分依赖： 需假设杂质是已知密度的特定元素（如铜），若实际掺杂物密度不同（如钨），结果会失准。

3. 超声波检测法

   • 检测项目： 内部结构缺陷、镀层厚度、内部成分均匀性（间接评估）。
   • 原理： 向样品发射高频超声波脉冲，接收并分析其在样品内部传播时遇到不同介质（如金属本体、空洞、镀层界面）产生的反射或透射波信号的变化（如声速、衰减）。
   • 特点：
     • 探测内部： 能检测样品内部的空洞、裂纹、分层、包裹体等缺陷。对于多层结构（如包金、镀金），可以测量表层金属的厚度。
     • 均匀性评估： 通过声速测量（声速与材料成分、密度、弹性模量相关）可间接评估材料成分的均匀性。
     • 局限性： 对形状复杂、表面粗糙、晶粒粗大的样品检测效果较差；需要耦合剂（如水、油）；精确测量成分含量本身并非超声波的优势，常作为辅助手段。

4. 光学发射光谱法 (OES) - 火花/电弧法

   • 检测项目： 元素成分及含量（百分比）。
   • 原理： 在高电压下，利用火花或电弧瞬间蒸发样品微小区域（通常直径<1mm）产生高温等离子体。等离子体中激发态的原子或离子向基态跃迁时发射出元素的特征光谱。通过分光系统和检测器分析光谱线及其强度进行定性和定量分析。
   • 特点：
     • 精度高： 通常被视为工业无损（微损）标准方法，精度优于手持XRF。
     • 分析深度： 代表样品微小区域（点）的总体成分信息（从表面深入到内部一定深度）。
     • 微损性： 会在样品表面留下微小的灼烧点痕（通常肉眼可见，对样品外观和功能影响极小，但仍属于接触式微损）。
     • 局限性： 对薄片、细小线材、镀层或表面处理件（薄层）可能直接穿透；无法分析非导体；需要良好接触（电极接触点）。
     • 备注： 严格意义上，此方法在样品表面留下微痕，但因其影响极小且普遍被贵金属行业接受为“无损”检测手段，故常归类于此。

5. 电感耦合等离子体发射光谱法/质谱法 (ICP-OES/MS) - 溶液法

   • 检测项目： 元素成分及含量（痕量级）。
   • 原理： 样品需完全溶解制成溶液。溶液经雾化引入高温等离子体中被激发（OES）或离子化（MS），检测特征光谱或离子质荷比进行高精度、多元素分析。
   • 特点：
     • 破坏性： 这是破坏性检测方法！样品被完全溶解消耗。
     • 精度最高： 精度和准确度极高，特别是ICP-MS可检测极低含量杂质。
     • 整体成分： 反映样品的整体平均成分。
     • 应用： 主要作为基准方法或仲裁方法，用于验证无损或微损方法的准确性，或分析对精度要求极高的样品（如高纯金、标准物质）。不属于无损范畴，但因其重要性，在讨论无损检测时常被提及作为对比基准。

总结与选择要点

• XRF： 最常用、最便捷的无损现场筛查工具，尤其适合表面成分分析。警惕镀层和表面污染的干扰。
• 密度法： 成本低，适合判断实心、均匀样品整体纯度是否达标，无法区分元素。
• 超声波： 擅长探测内部缺陷、测量镀层厚度、评估均匀性，间接辅助纯度判定。
• 火花/电弧OES： 工业上重要的高精度“微损”点分析方法，接近无损效果，需接受微痕。
• ICP-OES/MS： 最高精度的破坏性基准方法，用于仲裁或高精度要求分析。

选择哪种检测项目和技术取决于：

• 检测目的： 快速筛查？精确仲裁？检测镀层？查找内部缺陷？
• 样品特性： 形态（块状、片状、线状、粉末）、尺寸、结构（实心、空心、镶嵌）、表面状态、可能的镀层或包覆。
• 精度要求： 贸易结算通常需要高精度方法（如OES或验证）。
• 无损要求严格程度： 是否允许微痕？

无损检测技术为贵金属贸易、加工、回收和质量管控提供了强大的工具。理解各种技术的原理、核心检测项目及其优缺点，是科学、准确、高效地评价贵金属纯度的关键。在实际应用中，常需结合多种方法相互验证，以获得最可靠的结果。