XRF (analiza fluorescenței cu raze X) este o metodă de analiză fizică care determină direct aproape toate elementele chimice din materiale pulbere, lichide și solide.
Beneficiile metodei
Această metodă este universală, deoarece se bazează pe pregătirea rapidă și ușoară a probelor. Metoda a fost utilizată pe scară largă în industrie, în domeniul cercetării științifice. Metoda de analiză prin fluorescență cu raze X are un potențial extraordinar, utilă în analiza foarte complexă a diferitelor obiecte de mediu, precum și în controlul calității produselor fabricate și în analiza produselor finite și a materiilor prime.
Istorie
Analiza fluorescenței cu raze X a fost descrisă pentru prima dată în 1928 de doi oameni de știință - Glocker și Schreiber. Dispozitivul în sine a fost creat abia în 1948 de oamenii de știință Friedman și Burks. Ca detector, au luat un contor Geiger, care a arătat o sensibilitate ridicată în ceea ce privește numărul atomic al nucleului elementului.
Heliul sau mediul de vid din metoda de cercetare a început să fie folosit în 1960. Au fost folosite pentru determinarea elementelor ușoare. De asemenea, a început să folosească cristale de fluorlitiu. Au fost folosite pentru difracție. Tuburi de rodiu și crom au fost folosite pentru a excita banda de undă.
Si(Li) - detectorul de deriva de siliciu litiu a fost inventat în 1970. A oferit o sensibilitate ridicată a datelor și nu a necesitat utilizarea unui cristalizator. Cu toate acestea, rezoluția energetică a acestui instrument a fost mai proastă.
Piesele analitice automatizate și controlul procesului transferate la mașină odată cu apariția computerelor. Controlul a fost efectuat de pe panoul de pe instrument sau de pe tastatura computerului. Analizoarele au devenit atât de populare încât au fost incluse în misiunile Apollo 15 și Apollo 16.
În acest moment, stațiile spațiale și navele lansate în spațiu sunt echipate cu aceste dispozitive. Acest lucru vă permite să identificați și să analizați compoziția chimică a rocilor altor planete.
Method Essence
Esența analizei fluorescenței cu raze X este efectuarea unei analize fizice. Se pot analiza în acest fel atât solide (sticlă, metal, ceramică, cărbune, rocă, plastic), cât și lichide (ulei, benzină, soluții, vopsele, vin și sânge). Metoda vă permite să determinați concentrații foarte mici, la nivel de ppm (o parte la milion). Eșantioanele mari, de până la 100 %, pot fi, de asemenea, cercetate.
Această analiză este rapidă, sigură și nedistructivă pentru mediu. Are reproductibilitate ridicată a rezultatelor și acuratețe a datelor. Metoda permite detectarea semicantitativă, calitativă și cantitativă a tuturor elementelor care se află în eșantion.
Esența metodei de analiză prin fluorescență cu raze Xsimplu și de înțeles. Dacă lăsați terminologia deoparte și încercați să explicați metoda într-un mod mai simplu, atunci se dovedește. Că analiza se efectuează pe baza unei comparații a radiațiilor care rezultă din iradierea unui atom.
Există un set de date standard care este deja cunoscut. Comparând rezultatele cu aceste date, oamenii de știință ajung la concluzia care este compoziția eșantionului.
Simplitatea și accesibilitatea dispozitivelor moderne le permit să fie utilizate în cercetarea subacvatică, spațiu, diverse studii în domeniul culturii și al artelor.
Principiul de lucru
Această metodă se bazează pe analiza spectrului, care se obține prin expunerea materialului de examinat prin raze X.
În timpul iradierii, atomul capătă o stare excitată, care este însoțită de tranziția electronilor la niveluri cuantice de ordin superior. Atomul rămâne în această stare pentru o perioadă foarte scurtă de timp, aproximativ 1 microsecundă, iar după aceea revine la starea sa fundamentală (poziție liniștită). În acest moment, electronii aflați pe învelișurile exterioare fie umplu locurile libere și eliberează excesul de energie sub formă de fotoni, fie transferă energie către alți electroni aflați pe învelișurile exterioare (aceștia se numesc electroni Auger). În acest moment, fiecare atom emite un fotoelectron, a cărui energie are o valoare strictă. De exemplu, fierul, atunci când este expus la raze X, emite fotoni egali cu Kα, sau 6,4 keV. În consecință, după numărul de quante și energie, se poate judeca structura materiei.
Sursă de radiații
Metoda de fluorescență cu raze X de analiză a metalelor folosește atât izotopi ai diferitelor elemente, cât și tuburi cu raze X ca sursă de vindecare. Fiecare țară are cerințe diferite pentru exportul și importul de izotopi emitenți, respectiv, în industria pentru producerea unor astfel de echipamente, preferă să folosească un tub cu raze X.
Astfel de tuburi vin cu cupru, argint, rodiu, molibden sau alți anozi. În unele situații, anodul este ales în funcție de sarcină.
Curentul și tensiunea sunt diferite pentru diferite elemente. Este suficient să investighezi elemente ușoare cu o tensiune de 10 kV, grele - 40-50 kV, medii - 20-30 kV.
În timpul studiului elementelor luminoase, atmosfera înconjurătoare are un impact uriaș asupra spectrului. Pentru a reduce acest efect, proba într-o cameră specială este plasată în vid sau spațiul este umplut cu heliu. Spectrul excitat este înregistrat de un dispozitiv special - un detector. Precizia separării fotonilor diferitelor elemente unul de celăl alt depinde de cât de mare este rezoluția spectrală a detectorului. Acum, cea mai precisă este rezoluția la nivelul de 123 eV. O analiză de fluorescență cu raze X este efectuată de un dispozitiv cu o astfel de gamă cu o precizie de până la 100%.
După ce fotoelectronul a fost convertit într-un impuls de tensiune, care este numărat de o electronică specială de numărare, acesta este transmis la computer. Din vârfurile spectrului, care au dat analiza fluorescenței cu raze X, este ușor de determinat calitativ careexistă elemente în eşantionul studiat. Pentru a determina cu exactitate conținutul cantitativ, este necesar să se studieze spectrul rezultat într-un program special de calibrare. Programul este pre-creat. Pentru aceasta se folosesc prototipuri, a căror compoziție este cunoscută în prealabil cu mare precizie.
Pentru a spune simplu, spectrul obținut al substanței studiate este pur și simplu comparat cu cel cunoscut. Astfel, se obțin informații despre compoziția substanței.
Oportunități
Metoda de analiză cu fluorescență cu raze X vă permite să analizați:
- probe a căror dimensiune sau masă este neglijabilă (100-0,5 mg);
- reducere semnificativă a limitelor (mai mici cu 1-2 ordine de mărime decât XRF);
- analiza ținând cont de variațiile energiei cuantice.
Grosimea probei de examinat nu trebuie să depășească 1 mm.
În cazul unei astfel de dimensiuni ale eșantionului, este posibilă suprimarea proceselor secundare din eșantion, printre care:
- difuzare Compton multiplă, care lărgește semnificativ vârful matricelor luminoase;
- bremsstrahlung de fotoelectroni (contribuie la platoul de fundal);
- excitație între elemente, precum și absorbție de fluorescență care necesită corecție între elemente în timpul procesării spectrului.
Dezavantajele metodei
Unul dintre dezavantajele semnificative este complexitatea care însoțește pregătirea probelor subțiri, precum și cerințele stricte pentru structura materialului. Pentru cercetare, eșantionul trebuie să fie foarte fin dispersat și extrem de uniform.
Un alt dezavantaj este că metoda este puternic legată de standarde (eșantioane de referință). Această caracteristică este inerentă tuturor metodelor nedistructive.
Aplicarea metodei
Analiza fluorescenței cu raze X a devenit larg răspândită în multe zone. Este folosit nu numai în știință sau industrie, ci și în domeniul culturii și artelor.
Folosit în:
- protecția mediului și ecologie pentru determinarea metalelor grele din sol, precum și pentru detectarea acestora în apă, precipitații, aerosoli diverși;
- mineralogia și geologia efectuează analize cantitative și calitative ale mineralelor, solurilor, rocilor;
- industria chimică și metalurgie - controlați calitatea materiilor prime, a produselor finite și a procesului de producție;
- industria vopselei - analizați vopseaua cu plumb;
- industria de bijuterii - măsurați concentrația de metale prețioase;
- industria petrolieră - determinați gradul de contaminare a uleiului și a combustibilului;
- industria alimentară - identificați metalele toxice din alimente și ingrediente;
- agricultura - analizează oligoelemente în diverse soluri, precum și în produsele agricole;
- arheologie - efectuați analize elementare, precum și datarea descoperirilor;
- art - studiază sculpturi, picturi, examinează obiecte și le analizează.
Așezare fantomă
Analiza fluorescenței cu raze X GOST 28033 - 89 este reglementată din 1989. Documenttoate întrebările referitoare la procedură sunt înregistrate. Deși au fost făcuți mulți pași de-a lungul anilor pentru a îmbunătăți metoda, documentul este încă relevant.
Conform GOST se stabilesc proportiile materialelor studiate. Datele sunt afișate într-un tabel.
Tabelul 1. Raportul fracțiilor de masă
| Element definit | Fracție de masă, % |
| sulf | De la 0,002 la 0,20 |
| Siliciu | "0,05 " 5,0 |
| Molibden | "0,05 " 10,0 |
| Titan | "0, 01 " 5, 0 |
| Cob alt | "0,05 " 20,0 |
| Chrome | "0,05 " 35,0 |
| Niobiu | "0, 01 " 2, 0 |
| Mangan | "0,05 " 20,0 |
| Vanadiu | "0, 01 " 5, 0 |
| Tungsten | "0,05 " 20,0 |
| Fosfor | "0,002 " 0,20 |
Echipament aplicat
Analiza spectrală cu fluorescență de raze X este efectuată folosindechipamente, metode și mijloace speciale. Printre echipamentele și materialele utilizate în GOST sunt enumerate:
- spectrometre multicanal și de scanare;
- mașină de șlefuit și șmirghel (slefuit și șlefuit, tip 3B634);
- polizor de suprafață (Model 3E711B);
- strung de tăiere cu șuruburi (model 16P16).
- roți de tăiere (GOST 21963);
- roți abrazive cu electrocorundum (legare ceramică, granulație 50, duritate St2, GOST 2424);
- hartie abraziva (baza de hartie, al 2-lea tip, marca BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), electrocorindon - normal, granulatie 50-12, GOST 6456);
- alcool etilic tehnic (rectificat, GOST 18300);
- amestec de argon-metan.
GOST admite că pot fi folosite alte materiale și aparate pentru a oferi analize precise.
Pregătire și prelevare de probe conform GOST
Analiza fluorescenței cu raze X a metalelor înainte de analiză implică pregătirea specială a probelor pentru cercetări ulterioare.
Pregătirea se efectuează în ordinea corespunzătoare:
- Suprafața de iradiat este ascuțită. Dacă este necesar, ștergeți cu alcool.
- Proba este apăsată strâns pe deschiderea receptorului. Dacă suprafața probei nu este suficientă, atunci se folosesc limitatoare speciale.
- Spetrometrul este pregătit pentru funcționare conform instrucțiunilor de utilizare.
- Spetrometrul cu raze X este calibrat folosind un eșantion standard care respectă GOST 8.315. Eșantioanele omogene pot fi folosite și pentru calibrare.
- Absolvența primară se efectuează de cel puțin cinci ori. În acest caz, acest lucru se face în timpul funcționării spectrometrului în zile diferite.
- Când se efectuează calibrări repetate, este posibil să se utilizeze două serii de calibrări.
Analiza și procesarea rezultatelor
Metoda de analiză a fluorescenței cu raze X conform GOST implică efectuarea a două serii de măsurători paralele pentru a obține un semnal analitic al fiecărui element sub control.
Este permisă utilizarea expresiei valorii rezultatului analitic și a discrepanței măsurătorilor paralele. În unități de măsură, cântarul exprimă datele obținute folosind caracteristicile de calibrare.
Dacă discrepanța admisă depășește măsurătorile paralele, atunci analiza trebuie repetată.
Este posibilă și o singură măsurare. În acest caz, două măsurători sunt efectuate în paralel cu privire la o probă din lotul analizat.
Rezultatul final este media aritmetică a două măsurători luate în paralel sau rezultatul unei singure măsurători.
Dependența rezultatelor de calitatea eșantionului
Pentru analiza fluorescenței cu raze X, limita se aplică numai substanței în care este detectat elementul. Pentru diferite substanțe, limitele de detecție cantitativă a elementelor sunt diferite.
Numărul atomic pe care îl are un element poate juca un rol important. Celel alte lucruri fiind egale, este mai dificil să se determine elementele ușoare, iar elementele grele sunt mai ușor. De asemenea, același element este mai ușor de identificat într-o matrice ușoară decât într-o matrice grea.
În consecință, metoda depinde de calitatea probei numai în măsura în care elementul poate fi conținut în compoziția sa.
