XRF (rentgeno fluorescencinė analizė) yra fizinės analizės metodas, kuris tiesiogiai nustato beveik visus cheminius elementus milteliuose, skystose ir kietose medžiagose.
Metodo pranašumai
Šis metodas yra universalus, nes pagrįstas greitu ir lengvu mėginio paruošimu. Metodas buvo plačiai naudojamas pramonėje, mokslinių tyrimų srityje. Rentgeno spindulių fluorescencinis analizės metodas turi didžiulį potencialą, naudingas atliekant labai sudėtingą įvairių aplinkos objektų analizę, taip pat gaminių kokybės kontrolę ir gatavų gaminių bei žaliavų analizę.
Istorija
Rentgeno spindulių fluorescencijos analizę 1928 m. pirmą kartą aprašė du mokslininkai – Glockeris ir Schreiberis. Pats prietaisas buvo sukurtas tik 1948 metais mokslininkų Friedmano ir Burkso. Kaip detektorių jie paėmė Geigerio skaitiklį, kuris parodė didelį jautrumą elemento branduolio atominio skaičiaus atžvilgiu.
Tyrimo metodu helio arba vakuumo terpė pradėta naudoti 1960 m. Jie buvo naudojami šviesos elementams nustatyti. Taip pat pradėjo naudoti fluoro kristalusličio. Jie buvo naudojami difrakcijai. Rodžio ir chromo vamzdeliai buvo naudojami bangų diapazonui sužadinti.
Si(Li) – silicio ličio dreifo detektorius buvo išrastas 1970 m. Jis užtikrino didelį duomenų jautrumą ir nereikėdavo naudoti kristalizatoriaus. Tačiau šio instrumento energijos skyra buvo prastesnė.
Automatizuota analitinė dalis ir proceso valdymas, atsiradus kompiuteriams, perkeltas į mašiną. Valdymas buvo atliekamas iš prietaiso skydelio arba kompiuterio klaviatūros. Analizatoriai tapo tokie populiarūs, kad buvo įtraukti į Apollo 15 ir Apollo 16 misijas.
Šiuo metu kosminės stotys ir į kosmosą paleisti laivai yra aprūpinti šiais įrenginiais. Tai leidžia nustatyti ir analizuoti kitų planetų uolienų cheminę sudėtį.
Metodo esmė
Rentgeno fluorescencinės analizės esmė – atlikti fizinę analizę. Taip galima analizuoti ir kietas medžiagas (stiklą, metalą, keramiką, anglį, uolieną, plastiką), ir skysčius (naftą, benziną, tirpalus, dažus, vyną ir kraują). Metodas leidžia nustatyti labai mažas koncentracijas ppm lygiu (viena milijono dalis). Taip pat galima tirti didelius mėginius, iki 100 %.
Ši analizė yra greita, saugi ir nekenkia aplinkai. Jis pasižymi dideliu rezultatų atkuriamumu ir duomenų tikslumu. Šis metodas leidžia pusiau kiekybiškai, kokybiškai ir kiekybiškai aptikti visus mėginyje esančius elementus.
Rentgeno fluorescencijos analizės metodo esmėpaprastas ir suprantamas. Jei paliksite terminologiją nuošalyje ir pabandysite paaiškinti metodą paprasčiau, tai paaiškės. Analizė atliekama remiantis spinduliuotės, kuri susidaro apšvitinant atomą, palyginimu.
Yra standartinių duomenų rinkinys, kuris jau žinomas. Palyginę rezultatus su šiais duomenimis, mokslininkai daro išvadą, kokia yra mėginio sudėtis.
Šiuolaikinių prietaisų paprastumas ir prieinamumas leidžia juos naudoti atliekant povandeninius tyrimus, kosmosą, įvairias kultūros ir meno studijas.
Veikimo principas
Šis metodas pagrįstas spektro analize, kuri gaunama apšviečiant tiriamą medžiagą rentgeno spinduliais.
Švitinimo metu atomas įgauna sužadinimo būseną, kurią lydi elektronų perėjimas į aukštesnės eilės kvantinius lygius. Atomas tokioje būsenoje būna labai trumpai, apie 1 mikrosekundę, o po to grįžta į pradinę būseną (tylią padėtį). Šiuo metu ant išorinių apvalkalų esantys elektronai arba užpildo laisvas vietas, ir išleidžia energijos perteklių fotonų pavidalu, arba perduoda energiją kitiems elektronams, esantiems ant išorinių apvalkalų (jie vadinami Augerio elektronais). Šiuo metu kiekvienas atomas skleidžia fotoelektroną, kurio energija turi griežtą reikšmę. Pavyzdžiui, geležis, veikiama rentgeno spindulių, išskiria fotonus, lygius Kα, arba 6,4 keV. Atitinkamai, pagal kvantų skaičių ir energiją galima spręsti apie materijos struktūrą.
Radiacijos š altinis
Metalų analizės rentgeno fluorescencijos metodu naudojami tiek įvairių elementų izotopai, tiek rentgeno vamzdeliai kaip gydymo š altinis. Kiekviena šalis taiko skirtingus reikalavimus skleidžiančių izotopų eksportui ir importui, todėl tokios įrangos gamybos pramonėje jos nori naudoti rentgeno vamzdį.
Tokie vamzdeliai yra su vario, sidabro, rodžio, molibdeno ar kitais anodais. Kai kuriais atvejais anodas pasirenkamas atsižvelgiant į užduotį.
Srovė ir įtampa skirtingiems elementams skiriasi. Pakanka ištirti lengvus elementus, kurių įtampa 10 kV, sunkiuosius - 40-50 kV, vidutinius - 20-30 kV.
Tiriant šviesos elementus, supanti atmosfera daro didžiulę įtaką spektrui. Siekiant sumažinti šį efektą, mėginys specialioje kameroje patalpinamas į vakuumą arba erdvė užpildoma heliu. Sužadintas spektras fiksuojamas specialiu prietaisu – detektoriumi. Skirtingų elementų fotonų atskyrimo vienas nuo kito tikslumas priklauso nuo to, kokia didelė detektoriaus spektrinė skiriamoji geba. Dabar tiksliausia yra 123 eV lygio skiriamoji geba. Rentgeno spindulių fluorescencinė analizė atliekama įrenginiu, kurio diapazonas yra iki 100 %.
Photoelektroną pavertus įtampos impulsu, kurį skaičiuoja speciali skaičiavimo elektronika, jis perduodamas į kompiuterį. Iš spektro smailių, kurios davė rentgeno fluorescencijos analizę, nesunku kokybiškai nustatyti, kuritiriamoje imtyje yra elementų. Norint tiksliai nustatyti kiekybinį turinį, būtina specialioje kalibravimo programoje ištirti gautą spektrą. Programa yra iš anksto sukurta. Tam naudojami prototipai, kurių sudėtis iš anksto žinoma labai tiksliai.
Paprasčiau tariant, gautas tiriamos medžiagos spektras tiesiog lyginamas su žinomu. Taip gaunama informacija apie medžiagos sudėtį.
Galimybės
Rentgeno spindulių fluorescencinės analizės metodas leidžia analizuoti:
- mėginiai, kurių dydis arba masė yra nereikšmingi (100–0,5 mg);
- žymiai sumažintos ribos (mažesnės 1–2 eilėmis nei XRF);
- analizė, atsižvelgiant į kvantinės energijos pokyčius.
Tirinamo mėginio storis neturi viršyti 1 mm.
Tokio dydžio imties atveju imtyje galima slopinti antrinius procesus, tarp kurių:
- daugkartinė Compton sklaida, kuri žymiai išplečia šviesos matricų smailę;
- fotoelektronų išjungimas (prisideda prie foninio plokščiakalnio);
- tarpelementų sužadinimas, taip pat fluorescencijos sugertis, dėl kurios reikia koreguoti tarpelementus apdorojant spektrą.
Metodo trūkumai
Vienas iš reikšmingų trūkumų yra sudėtingumas, lydimas plonų mėginių paruošimo, taip pat griežti medžiagos struktūros reikalavimai. Norint atlikti tyrimą, mėginys turi būti labai smulkiai išsklaidytas ir labai vienodas.
Kitas trūkumas yra tai, kad metodas yra labai susietas su standartais (referenciniai pavyzdžiai). Ši savybė būdinga visiems neardomiesiems metodams.
Metodo taikymas
Rentgeno spindulių fluorescencinė analizė tapo plačiai paplitusi daugelyje sričių. Jis naudojamas ne tik moksle ar pramonėje, bet ir kultūros bei meno srityse.
Naudojama:
- aplinkosauga ir ekologija sunkiųjų metalų nustatymui dirvožemyje, taip pat jų aptikimui vandenyje, krituliuose, įvairiuose aerozoliuose;
- mineralogija ir geologija atlieka kiekybinę ir kokybinę naudingųjų iškasenų, dirvožemių, uolienų analizę;
- chemijos pramonė ir metalurgija – kontroliuokite žaliavų, gatavos produkcijos ir gamybos proceso kokybę;
- dažų pramonė – analizuokite švino dažus;
- juvelyrikos pramonė – išmatuokite tauriųjų metalų koncentraciją;
- naftos pramonė – nustatykite alyvos ir kuro užterštumo laipsnį;
- maisto pramonė – nustatykite toksiškus metalus maisto produktuose ir sudedamosiose dalyse;
- žemės ūkis - analizuoti mikroelementus įvairiuose dirvožemiuose, taip pat žemės ūkio produktuose;
- archeologija - atlikti elementinę analizę, taip pat radinių datavimą;
- menas – jie tyrinėja skulptūras, paveikslus, tiria objektus ir juos analizuoja.
Vaiduoklių gyvenvietė
Rentgeno fluorescencinė analizė GOST 28033 - 89 reglamentuojama nuo 1989 m. dokumentasvisi klausimai dėl procedūros registruojami. Nors bėgant metams buvo imtasi daug žingsnių metodui tobulinti, dokumentas vis dar aktualus.
Pagal GOST nustatomos tiriamų medžiagų proporcijos. Duomenys rodomi lentelėje.
1 lentelė. Masės dalių santykis
| Apibrėžtas elementas | Masinė dalis, % |
| Siera | Nuo 0,002 iki 0,20 |
| Silicis | "0,05 "5,0 |
| Molibdenas | "0,05 "10,0 |
| Titanas | "0, 01 " 5, 0 |
| Kob altas | "0,05 "20,0 |
| Chrome | "0,05 "35,0 |
| Niobis | "0, 01 " 2, 0 |
| Manganas | "0,05 "20,0 |
| Vanadium | "0, 01 " 5, 0 |
| Volframas | "0,05 "20,0 |
| Fosforas | "0,002 "0,20 |
Taikoma įranga
Rentgeno spindulių fluorescencinė spektrinė analizė atliekama naudojantspeciali įranga, metodai ir priemonės. Tarp GOST naudojamos įrangos ir medžiagų yra:
- daugiakanaliai ir skenuojantys spektrometrai;
- šlifavimo ir šlifavimo staklės (šlifavimas ir šlifavimas, tipas 3B634);
- paviršinis šlifuoklis (3E711B modelis);
- sraigtinio pjovimo staklės (modelis 16P16).
- pjovimo diskai (GOST 21963);
- elektrokorundo abrazyviniai ratai (keramikos sujungimas, grūdelių dydis 50, kietumas St2, GOST 2424);
- šlifavimo popierius (popieriaus pagrindas, 2 tipo, prekės ženklas BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorundas - normalus, grūdelių dydis 50-12, GOST 6456);
- techninis etilo alkoholis (rektifikuotas, GOST 18300);
- argono-metano mišinys.
GOST pripažįsta, kad norint atlikti tikslią analizę gali būti naudojamos kitos medžiagos ir aparatai.
Ruošimas ir mėginių ėmimas pagal GOST
Metalų rentgeno fluorescencinė analizė prieš analizę reikalauja specialaus mėginio paruošimo tolesniam tyrimui.
Paruošimas atliekamas atitinkama tvarka:
- Švitinamas paviršius yra paaštrintas. Jei reikia, nuvalykite alkoholiu.
- Pavyzdys tvirtai prispaudžiamas prie imtuvo angos. Jei mėginio paviršiaus nepakanka, naudojami specialūs ribotuvai.
- Spektrometras paruoštas darbui pagal naudojimo instrukciją.
- Rentgeno spektrometras kalibruojamas naudojant standartinį pavyzdį, kuris atitinka GOST 8.315. Kalibravimui taip pat gali būti naudojami vienarūšiai mėginiai.
- Pagrindinis baigimas vykdomas ne mažiau kaip penkis kartus. Šiuo atveju tai daroma spektrometro veikimo metu skirtingomis dienomis.
- Atliekant pakartotinį kalibravimą, galima naudoti dvi kalibravimo serijas.
Rezultatų analizė ir apdorojimas
Rentgeno fluorescencinės analizės metodas pagal GOST apima dviejų lygiagrečių matavimų serijų atlikimą, siekiant gauti kiekvieno kontroliuojamo elemento analitinį signalą.
Leidžiama naudoti analizės rezultato reikšmės išraišką ir lygiagrečių matavimų neatitikimą. Matavimo vienetais svarstyklės išreiškia duomenis, gautus naudojant kalibravimo charakteristikas.
Jei leistinas neatitikimas viršija lygiagrečius matavimus, tada analizę reikia pakartoti.
Galimas ir vienas matavimas. Šiuo atveju lygiagrečiai atliekami du vieno mėginio iš analizuojamos partijos matavimai.
Galutinis rezultatas yra dviejų lygiagrečiai atliktų matavimų aritmetinis vidurkis arba tik vieno matavimo rezultatas.
Rezultatų priklausomybė nuo mėginio kokybės
Atliekant rentgeno fluorescencinę analizę, riba taikoma tik medžiagai, kurioje aptiktas elementas. Skirtingoms medžiagoms kiekybinio elementų aptikimo ribos yra skirtingos.
Elemento atominis skaičius gali atlikti svarbų vaidmenį. Esant kitoms sąlygoms, lengvus elementus nustatyti sunkiau, o sunkiuosius – lengviau. Be to, tą patį elementą lengviau atpažinti lengvoje matricoje nei sunkioje.
Atitinkamai, metodas priklauso nuo mėginio kokybės tik tiek, kiek elementas gali būti įtrauktas į jo sudėtį.
