XRF (تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه ایکس) یک روش تجزیه و تحلیل فیزیکی است که به طور مستقیم تقریباً تمام عناصر شیمیایی در پودر، مواد مایع و جامد را تعیین می کند.
مزایای روش
این روش جهانی است زیرا بر اساس آماده سازی سریع و آسان نمونه است. این روش به طور گسترده در صنعت، در زمینه تحقیقات علمی مورد استفاده قرار گرفته است. روش تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه ایکس پتانسیل فوق العاده ای دارد که در تجزیه و تحلیل بسیار پیچیده اشیاء محیطی مختلف و همچنین در کنترل کیفیت محصولات تولیدی و در آنالیز محصولات نهایی و مواد خام مفید است.
تاریخ
تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه ایکس برای اولین بار در سال 1928 توسط دو دانشمند - Glocker و Schreiber توصیف شد. خود دستگاه تنها در سال 1948 توسط دانشمندان فریدمن و بورکز ساخته شد. آنها به عنوان آشکارساز، یک شمارنده گایگر گرفتند که نسبت به عدد اتمی هسته عنصر حساسیت بالایی نشان داد.
محیط هلیوم یا خلاء در روش تحقیق از سال 1960 شروع به استفاده کرد. آنها برای تعیین عناصر سبک استفاده می شدند. همچنین شروع به استفاده از کریستال های فلوراید کردلیتیوم از آنها برای پراش استفاده می شد. از لوله‌های رودیوم و کروم برای تحریک باند موج استفاده شد.
Si(Li) - آشکارساز رانش لیتیوم سیلیکونی در سال 1970 اختراع شد. حساسیت داده بالایی را ارائه می کرد و نیازی به استفاده از کریستالایزر نداشت. با این حال، وضوح انرژی این ابزار بدتر بود.
قطعات تحلیلی خودکار و کنترل فرآیند با ظهور رایانه ها به دستگاه منتقل شد. کنترل از پانل بر روی ابزار یا صفحه کلید کامپیوتر انجام شد. آنالایزرها آنقدر محبوب شدند که در ماموریت های آپولو 15 و آپولو 16 قرار گرفتند.
در حال حاضر ایستگاه های فضایی و کشتی های پرتاب شده به فضا به این دستگاه ها مجهز هستند. این به شما امکان می دهد ترکیب شیمیایی سنگ های سیارات دیگر را شناسایی و تجزیه و تحلیل کنید.
Method Essence
ماهیت آنالیز فلورسانس اشعه ایکس انجام آنالیز فیزیکی است. از این طریق می توان هم جامدات (شیشه، فلز، سرامیک، زغال سنگ، سنگ، پلاستیک) و مایعات (روغن، بنزین، محلول ها، رنگ ها، شراب و خون) را تجزیه و تحلیل کرد. این روش به شما امکان می دهد غلظت های بسیار کوچک را در سطح ppm (یک قسمت در میلیون) تعیین کنید. نمونه های بزرگ، تا 100٪ نیز قابل تحقیق هستند.
این تحلیل سریع، ایمن و غیر مخرب برای محیط زیست است. قابلیت تکرارپذیری بالایی از نتایج و دقت داده ها دارد. این روش امکان تشخیص نیمه کمی، کیفی و کمی همه عناصر موجود در نمونه را فراهم می کند.
ماهیت روش تحلیل فلورسانس اشعه ایکسساده و قابل فهم اگر اصطلاحات را کنار بگذارید و سعی کنید روش را به روشی ساده تر توضیح دهید، معلوم می شود. که تجزیه و تحلیل بر اساس مقایسه تابش حاصل از تابش یک اتم انجام می شود.
مجموعه ای از داده های استاندارد وجود دارد که قبلاً شناخته شده است. با مقایسه نتایج با این داده ها، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که ترکیب نمونه چگونه است.
سادگی و در دسترس بودن دستگاه های مدرن امکان استفاده از آنها را در تحقیقات زیر آب، فضا، مطالعات مختلف در زمینه فرهنگ و هنر می دهد.
اصل کار
این روش مبتنی بر تجزیه و تحلیل طیف است که با قرار گرفتن در معرض مواد مورد بررسی توسط اشعه ایکس به دست می آید.
در طول تابش، اتم یک حالت برانگیخته به دست می آورد که با انتقال الکترون ها به سطوح کوانتومی درجه بالاتر همراه است. اتم برای مدت بسیار کوتاهی حدود 1 میکروثانیه در این حالت می ماند و پس از آن به حالت اولیه خود (موقعیت ساکت) باز می گردد. در این زمان، الکترون‌های واقع در لایه‌های بیرونی یا مکان‌های خالی را پر می‌کنند و انرژی اضافی را به صورت فوتون آزاد می‌کنند یا انرژی را به الکترون‌های دیگری که در لایه‌های بیرونی قرار دارند (به آنها الکترون اوگر می‌گویند) منتقل می‌کنند. در این زمان، هر اتم یک فوتوالکترون ساطع می کند که انرژی آن مقدار دقیقی دارد. به عنوان مثال، آهن، هنگامی که در معرض اشعه ایکس قرار می گیرد، فوتون هایی برابر با Ka یا 6.4 keV منتشر می کند. بر این اساس، با تعداد کوانتوم ها و انرژی می توان درباره ساختار ماده قضاوت کرد.
منبع تشعشع
روش فلورسانس اشعه ایکس در آنالیز فلزات از ایزوتوپ های عناصر مختلف و لوله های اشعه ایکس به عنوان منبعی برای بهبودی استفاده می کند. هر کشوری به ترتیب الزامات مختلفی برای صادرات و واردات ایزوتوپ های ساطع کننده دارد، در صنعت برای تولید چنین تجهیزاتی ترجیح می دهند از تیوب اشعه ایکس استفاده کنند.
چنین لوله هایی با مس، نقره، رودیوم، مولیبدن یا آندهای دیگر عرضه می شوند. در برخی شرایط، آند بسته به کار انتخاب می شود.
جریان و ولتاژ برای عناصر مختلف متفاوت است. کافی است عناصر سبک با ولتاژ 10 کیلوولت، سنگین - 40-50 کیلو ولت، متوسط - 20-30 کیلو ولت بررسی شود.
در طول مطالعه عناصر نور، جو اطراف تأثیر زیادی بر طیف دارد. برای کاهش این اثر، نمونه را در یک محفظه مخصوص در خلاء قرار می دهند یا فضا را با هلیوم پر می کنند. طیف برانگیخته شده توسط یک دستگاه خاص - یک آشکارساز ثبت می شود. دقت جداسازی فوتون‌های عناصر مختلف از یکدیگر به میزان وضوح طیفی آشکارساز بستگی دارد. اکنون دقیق ترین وضوح در سطح 123 eV است. تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه ایکس توسط دستگاهی با چنین محدوده ای با دقت تا 100٪ انجام می شود.
پس از تبدیل فوتوالکترون به یک پالس ولتاژ، که توسط الکترونیک شمارش ویژه شمارش می شود، به کامپیوتر منتقل می شود. از قله های طیف، که تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه ایکس را ارائه می دهد، به راحتی می توان به صورت کیفی تعیین کرد که کدام یکدر نمونه مورد مطالعه عناصری وجود دارد. برای تعیین دقیق محتوای کمی، لازم است طیف حاصل در یک برنامه کالیبراسیون ویژه بررسی شود. برنامه از قبل ساخته شده است. برای این کار از نمونه های اولیه استفاده می شود که ترکیب آنها از قبل با دقت بالایی شناخته شده است.
به بیان ساده، طیف به دست آمده از ماده مورد مطالعه به سادگی با طیف شناخته شده مقایسه می شود. بنابراین، اطلاعاتی در مورد ترکیب ماده به دست می آید.
فرصتها
روش آنالیز فلورسانس اشعه ایکس به شما امکان می دهد تا آنالیز کنید:
- نمونه هایی که اندازه یا جرم آنها ناچیز است (100-0.5 میلی گرم)؛
- کاهش قابل توجه محدودیت ها (کمتر از 1-2 مرتبه بزرگی نسبت به XRF)؛
- آنالیز با در نظر گرفتن تغییرات انرژی کوانتومی.
ضخامت نمونه مورد بررسی نباید از 1 میلی متر تجاوز کند.
در مورد چنین حجم نمونه ای، می توان فرآیندهای ثانویه را در نمونه سرکوب کرد، از جمله:
- پراکندگی کامپتون چندگانه، که به طور قابل توجهی اوج را در ماتریس های نور گسترش می دهد؛
- bremsstrahlung فوتوالکترونها (به فلات پس زمینه کمک می کند)؛
- تحریک بین عنصری و همچنین جذب فلورسانس که نیاز به اصلاح بین عنصری در طول پردازش طیف دارد.
معایب روش
یکی از ایرادات قابل توجه پیچیدگی همراه با تهیه نمونه های نازک و همچنین الزامات سخت برای ساختار مواد است. برای تحقیق، نمونه باید بسیار ریز پراکنده و بسیار یکنواخت باشد.
ایراد دیگر این است که این روش به شدت با استانداردها (نمونه های مرجع) مرتبط است. این ویژگی در همه روش های غیر مخرب ذاتی است.
کاربرد روش
تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه ایکس در بسیاری از مناطق گسترده شده است. این نه تنها در علم یا صنعت، بلکه در زمینه فرهنگ و هنر نیز کاربرد دارد.
استفاده شده در:
- حفاظت از محیط زیست و اکولوژی برای تعیین فلزات سنگین در خاک، و همچنین برای تشخیص آنها در آب، بارش، ذرات معلق در هوا؛
- کانی شناسی و زمین شناسی تجزیه و تحلیل کمی و کیفی مواد معدنی، خاک ها، سنگ ها را انجام می دهد؛
- صنایع شیمیایی و متالورژی - کنترل کیفیت مواد اولیه، محصولات نهایی و فرآیند تولید؛
- صنعت رنگ - تجزیه و تحلیل رنگ سرب؛
- صنعت جواهر - اندازه گیری غلظت فلزات گرانبها؛
- صنایع نفت - تعیین میزان آلودگی نفت و سوخت؛
- صنایع غذایی - شناسایی فلزات سمی در غذاها و مواد تشکیل دهنده؛
- کشاورزی - تجزیه و تحلیل عناصر کمیاب در خاک های مختلف و همچنین در محصولات کشاورزی؛
- باستان شناسی - انجام تجزیه و تحلیل عنصری و همچنین قدمت گذاری یافته ها؛
- هنر - آنها مجسمه ها، نقاشی ها را مطالعه می کنند، اشیا را بررسی می کنند و آنها را تجزیه و تحلیل می کنند.
سکونتگاه ارواح
تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه ایکس GOST 28033 - 89 از سال 1989 تنظیم شده است. سندتمام سوالات مربوط به روش ثبت شده است. اگرچه در طول سال‌ها گام‌های زیادی برای بهبود روش برداشته شده است، اما این سند همچنان مرتبط است.
طبق GOST، نسبت مواد مورد مطالعه تعیین شده است. داده ها در یک جدول نمایش داده می شوند.
جدول 1. نسبت کسرهای جرمی
| عنصر تعریف شده | کسر جرمی، % |
| گوگرد | از 0.002 تا 0.20 |
| سیلیکون | "0.05 "5.0 |
| مولیبدن | "0.05 " 10.0 |
| تیتانیوم | "0, 01 " 5, 0 |
| کبالت | "0.05 " 20.0 |
| Chrome | "0.05 "35.0 |
| نیوبیوم | "0, 01 " 2, 0 |
| منگنز | "0.05 " 20.0 |
| وانادیم | "0, 01 " 5, 0 |
| تنگستن | "0.05 " 20.0 |
| فسفر | "0.002 "0.20 |
تجهیزات کاربردی
آنالیز طیفی فلورسانس اشعه ایکس با استفاده ازانجام می شودتجهیزات، روش ها و وسایل خاص. در میان تجهیزات و مواد مورد استفاده در GOST ذکر شده است:
- طیف‌سنج‌های چند کانالی و روبشی؛
- دستگاه سنگ زنی و سنباده (سنگ زنی و آسیاب، نوع 3B634);
- آسیاب سطحی (مدل 3E711B);
- تراش برش پیچ (مدل 16P16).
- چرخ برش (GOST 21963);
- چرخ های ساینده الکتروکوندوم (پیوند سرامیکی، دانه بندی 50، سختی St2، GOST 2424)؛
- کاغذ سنباده (پایه کاغذ، نوع دوم، نام تجاری BSh-140 (P6)، BSh-240 (P8)، BSh200 (P7)، الکتروکوندوم - معمولی، اندازه دانه 50-12، GOST 6456؛
- اتیل الکل فنی (تصحیح شده، GOST 18300)؛
- آرگون-متان مخلوط.
GOST اذعان می کند که ممکن است از مواد و دستگاه های دیگری برای ارائه تجزیه و تحلیل دقیق استفاده شود.
تهیه و نمونه برداری بر اساس GOST
تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه ایکس فلزات قبل از تجزیه و تحلیل شامل آماده سازی نمونه ویژه برای تحقیقات بیشتر است.
آماده سازی به ترتیب مناسب انجام می شود:
- سطح مورد تابش تیز می شود. در صورت لزوم، با الکل پاک کنید.
- نمونه محکم روی دهانه گیرنده فشار داده می شود. اگر سطح نمونه کافی نیست، از محدود کننده های ویژه استفاده می شود.
- طبق سنج طبق دستورالعمل استفاده برای کار آماده شده است.
- طیف سنج اشعه ایکس با استفاده از یک نمونه استاندارد که با GOST 8.315 مطابقت دارد کالیبره شده است. همچنین می توان از نمونه های همگن برای کالیبراسیون استفاده کرد.
- فارغ التحصیلی ابتدایی حداقل پنج بار انجام می شود. در این حالت، این کار در طول عملکرد طیف‌سنج در روزهای مختلف انجام می‌شود.
- هنگام انجام کالیبراسیون های مکرر، می توان از دو سری کالیبراسیون استفاده کرد.
تجزیه و تحلیل و پردازش نتایج
روش آنالیز فلورسانس اشعه ایکس بر اساس GOST شامل انجام دو سری اندازه گیری موازی برای به دست آوردن یک سیگنال تحلیلی از هر عنصر تحت کنترل است.
استفاده از بیان مقدار نتیجه تحلیلی و اختلاف اندازه گیری های موازی مجاز است. در واحدهای اندازه گیری، مقیاس ها داده های به دست آمده را با استفاده از ویژگی های کالیبراسیون بیان می کنند.
اگر اختلاف مجاز بیش از اندازه گیری های موازی باشد، آنگاه آنالیز باید تکرار شود.
یک اندازه گیری نیز امکان پذیر است. در این مورد، دو اندازه گیری به طور موازی با توجه به یک نمونه از لات تجزیه و تحلیل شده انجام می شود.
نتیجه نهایی میانگین حسابی دو اندازه گیری به صورت موازی یا نتیجه یک اندازه گیری به تنهایی است.
وابستگی نتایج به کیفیت نمونه
برای تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه ایکس، محدودیت فقط برای ماده ای اعمال می شود که عنصر در آن شناسایی شده است. برای مواد مختلف، حدود تشخیص کمی عناصر متفاوت است.
عدد اتمی یک عنصر می تواند نقش مهمی ایفا کند. در صورت مساوی بودن سایر موارد، تعیین عناصر سبک دشوارتر است و عناصر سنگین آسانتر هستند. همچنین، شناسایی همان عنصر در یک ماتریس سبک آسان تر از یک ماتریس سنگین است.
بر این اساس، روش تنها تا حدی به کیفیت نمونه بستگی دارد که عنصر بتواند در ترکیب آن وجود داشته باشد.
