XRF (rentgenska fluorescenčna analiza) je metoda fizikalne analize, ki neposredno določa skoraj vse kemične elemente v prahu, tekočih in trdnih materialih.
Prednosti metode
Ta metoda je univerzalna, saj temelji na hitri in enostavni pripravi vzorcev. Metoda se je široko uporabljala v industriji, na področju znanstvenih raziskav. Rentgenska fluorescenčna metoda analize ima izjemen potencial, uporabna je pri zelo kompleksnih analizah različnih okoljskih objektov, pa tudi pri kontroli kakovosti proizvedenih izdelkov ter pri analizi končnih izdelkov in surovin.
Zgodovina
Rentgensko fluorescenčno analizo sta leta 1928 prvič opisala dva znanstvenika - Glocker in Schreiber. Samo napravo sta šele leta 1948 ustvarila znanstvenika Friedman in Burks. Kot detektor so vzeli Geigerjev števec, ki je pokazal visoko občutljivost glede na atomsko število jedra elementa.
Helij ali vakuumski medij v raziskovalni metodi se je začel uporabljati leta 1960. Uporabili so jih za določanje svetlobnih elementov. Začeli so uporabljati tudi kristale fluoridalitij. Uporabili so jih za difrakcijo. Za vzbujanje valovnega pasu so bile uporabljene cevi iz rodija in kroma.
Si(Li) - silicijev litijev drift detektor je bil izumljen leta 1970. Zagotavljal je visoko občutljivost podatkov in ni zahteval uporabe kristalizatorja. Vendar je bila energetska ločljivost tega instrumenta slabša.
Avtomatiziran analitični del in nadzor procesa, prenesen na stroj s prihodom računalnikov. Nadzor je potekal s plošče na instrumentu ali računalniške tipkovnice. Analizatorji so postali tako priljubljeni, da so bili vključeni v misiji Apollo 15 in Apollo 16.
Trenutno so vesoljske postaje in ladje, izstreljene v vesolje, opremljene s temi napravami. To vam omogoča, da prepoznate in analizirate kemično sestavo kamnin drugih planetov.
Essence metode
Bistvo rentgenske fluorescenčne analize je izvesti fizikalno analizo. Na ta način je mogoče analizirati tako trdne snovi (steklo, kovina, keramika, premog, kamnina, plastika) kot tekočine (olje, bencin, raztopine, barve, vino in kri). Metoda vam omogoča, da določite zelo majhne koncentracije, na ravni ppm (en del na milijon). Veliki vzorci, do 100 %, so prav tako primerni za raziskovanje.
Ta analiza je hitra, varna in neškodljiva za okolje. Ima visoko ponovljivost rezultatov in natančnost podatkov. Metoda omogoča polkvantitativno, kvalitativno in kvantitativno odkrivanje vseh elementov, ki so v vzorcu.
Bistvo rentgenske fluorescenčne metode analizepreprosto in razumljivo. Če pustite terminologijo ob strani in poskusite razložiti metodo na preprostejši način, potem se izkaže. Da se analiza izvede na podlagi primerjave sevanja, ki je posledica obsevanja atoma.
Obstaja niz standardnih podatkov, ki so že znani. S primerjavo rezultatov s temi podatki znanstveniki sklepajo, kakšna je sestava vzorca.
Enostavnost in dostopnost sodobnih naprav omogočata njihovo uporabo v podvodnih raziskavah, vesolju, različnih študijah s področja kulture in umetnosti.
Načelo dela
Ta metoda temelji na analizi spektra, ki se pridobi z izpostavljanjem materiala, ki ga je treba pregledati z rentgenskimi žarki.
Med obsevanjem pridobi atom vzbujeno stanje, ki ga spremlja prehod elektronov na kvantne nivoje višjega reda. Atom ostane v tem stanju zelo kratek čas, približno 1 mikrosekundo, nato pa se vrne v osnovno stanje (mirni položaj). V tem času elektroni, ki se nahajajo na zunanjih lupinah, bodisi zapolnijo prosta mesta in sprostijo odvečno energijo v obliki fotonov ali pa prenesejo energijo na druge elektrone, ki se nahajajo na zunanjih lupinah (imenovani so Augerjevi elektroni). V tem času vsak atom odda fotoelektron, katerega energija ima strogo vrednost. Na primer, železo, ko je izpostavljeno rentgenskim žarkom, oddaja fotone, ki so enaki Kα ali 6,4 keV. V skladu s tem lahko po številu kvantov in energije sodimo o strukturi snovi.
Vir sevanja
Rentgenska fluorescenčna metoda analize kovin uporablja tako izotope različnih elementov kot rentgenske cevi kot vir za zdravljenje. Vsaka država ima različne zahteve za izvoz in uvoz oddajnih izotopov, oziroma v industriji za proizvodnjo takšne opreme raje uporabljajo rentgensko cev.
Takšne cevi so opremljene z bakrom, srebrom, rodijem, molibdenom ali drugimi anodami. V nekaterih situacijah je anoda izbrana glede na nalogo.
Tok in napetost sta različni za različne elemente. Dovolj je raziskati lahke elemente z napetostjo 10 kV, težke - 40-50 kV, srednje - 20-30 kV.
Med preučevanjem svetlobnih elementov ima okoliška atmosfera velik vpliv na spekter. Za zmanjšanje tega učinka se vzorec v posebni komori postavi v vakuum ali pa se prostor napolni s helijem. Vzbujeni spekter beleži posebna naprava - detektor. Natančnost ločevanja fotonov različnih elementov drug od drugega je odvisna od tega, kako visoka je spektralna ločljivost detektorja. Zdaj je najbolj natančna ločljivost na ravni 123 eV. Rentgensko fluorescenčno analizo opravi naprava s takim razponom z natančnostjo do 100%.
Ko je fotoelektron pretvorjen v napetostni impulz, ki ga šteje posebna štetna elektronika, se ta prenese v računalnik. Iz vrhov spektra, ki so dali rentgensko fluorescenčno analizo, je enostavno kvalitativno določiti, kateriv preučevanem vzorcu so elementi. Za natančno določitev kvantitativne vsebine je potrebno preučiti nastali spekter v posebnem kalibracijskem programu. Program je vnaprej izdelan. Za to se uporabljajo prototipi, katerih sestava je vnaprej znana z visoko natančnostjo.
Preprosto povedano, dobljeni spekter preučevane snovi preprosto primerjamo z znanim. Tako dobimo informacije o sestavi snovi.
Priložnosti
Metoda rentgenske fluorescenčne analize vam omogoča analizo:
- vzorci, katerih velikost ali masa je zanemarljiva (100-0,5 mg);
- znatno znižanje mej (nižje za 1-2 reda velikosti kot XRF);
- analiza ob upoštevanju variacij v kvantni energiji.
Debelina vzorca, ki ga je treba pregledati, ne sme presegati 1 mm.
V primeru takšne velikosti vzorca je mogoče zatreti sekundarne procese v vzorcu, med katerimi:
- večkratno Comptonovo sipanje, ki znatno razširi vrh v svetlobnih matrikah;
- zavorno svetlobo fotoelektronov (prispeva k platoju ozadja);
- vzbujanje med elementi in absorpcija fluorescence, ki zahteva medelementno korekcijo med obdelavo spektra.
Slabosti metode
Ena od pomembnih pomanjkljivosti je kompleksnost, ki spremlja pripravo tankih vzorcev, pa tudi stroge zahteve za strukturo materiala. Za raziskavo mora biti vzorec zelo fino razpršen in zelo enoten.
Druga pomanjkljivost je, da je metoda močno vezana na standarde (referenčni vzorci). Ta lastnost je neločljivo povezana z vsemi nedestruktivnimi metodami.
Uporaba metode
Rentgenska fluorescenčna analiza je postala razširjena na mnogih področjih. Uporablja se ne samo v znanosti ali industriji, ampak tudi na področju kulture in umetnosti.
uporabljeno v:
- varstvo okolja in ekologija za določanje težkih kovin v tleh, pa tudi za njihovo odkrivanje v vodi, padavinah, različnih aerosolih;
- mineralogija in geologija izvajata kvantitativne in kvalitativne analize mineralov, tal, kamnin;
- kemična industrija in metalurgija - nadzor kakovosti surovin, končnih izdelkov in proizvodnega procesa;
- barvna industrija - analizirajte svinčeno barvo;
- industrija nakita - izmerite koncentracijo plemenitih kovin;
- naftna industrija - določite stopnjo kontaminacije nafte in goriva;
- živilska industrija - prepoznavanje strupenih kovin v živilih in sestavinah;
- kmetijstvo - analizirajte elemente v sledovih v različnih tleh, pa tudi v kmetijskih pridelkih;
- arheologija - izvedite elementarno analizo, pa tudi datiranje najdb;
- umetnost - preučujejo skulpture, slike, pregledujejo predmete in jih analizirajo.
Naselje duhov
rentgenska fluorescenčna analiza GOST 28033 - 89 ureja od leta 1989. dokumentvsa vprašanja v zvezi s postopkom so prijavljena. Čeprav je bilo v preteklih letih narejenih veliko korakov za izboljšanje metode, je dokument še vedno pomemben.
V skladu z GOST se določijo deleži preučenih materialov. Podatki so prikazani v tabeli.
Tabela 1. Razmerje masnih ulomkov
| Definiran element | Masni delež, % |
| žveplo | Od 0,002 do 0,20 |
| silicij | "0,05" 5,0 |
| molibden | "0,05" 10,0 |
| titan | "0, 01 " 5, 0 |
| kob alt | "0,05" 20,0 |
| Chrome | "0,05" 35,0 |
| niobij | "0, 01 " 2, 0 |
| mangan | "0,05" 20,0 |
| vanadij | "0, 01 " 5, 0 |
| volfram | "0,05" 20,0 |
| fosfor | "0,002" 0,20 |
uporabna oprema
rentgenska fluorescenčna spektralna analiza se izvaja z uporaboposebna oprema, metode in sredstva. Med opremo in materiali, ki se uporabljajo v GOST, so navedeni:
- večkanalni in skenirajoči spektrometri;
- stroj za brušenje in brušenje (brušenje in brušenje, tip 3B634);
- površinski brusilnik (model 3E711B);
- stružnica za vijačenje (model 16P16).
- rezalna kolesa (GOST 21963);
- elektrokorundna abrazivna kolesa (keramična vez, velikost zrn 50, trdota St2, GOST 2424);
- brusilni papir (papirna podlaga, 2. vrsta, blagovna znamka BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorund - normalen, zrnatost 50-12, GOST 6456);
- tehnični etilni alkohol (rektificiran, GOST 18300);
- zmes argon-metana.
GOST priznava, da se lahko za zagotavljanje natančne analize uporabijo drugi materiali in aparati.
Priprava in vzorčenje po GOST
Rentgenska fluorescenčna analiza kovin pred analizo vključuje posebno pripravo vzorca za nadaljnje raziskave.
Priprava poteka v ustreznem vrstnem redu:
- Obsevana površina je izostrena. Po potrebi obrišite z alkoholom.
- Vzorec je tesno pritisnjen ob odprtino sprejemnika. Če vzorčna površina ni dovolj, se uporabijo posebni omejevalniki.
- Spektrometer je pripravljen za delovanje v skladu z navodili za uporabo.
- Rentgenski spektrometer je kalibriran z uporabo standardnega vzorca, ki je v skladu z GOST 8.315. Za kalibracijo lahko uporabite tudi homogene vzorce.
- Osnovna matura se izvede vsaj petkrat. V tem primeru se to naredi med delovanjem spektrometra ob različnih dneh.
- Pri izvajanju ponavljajočih se kalibracij je možno uporabiti dve seriji kalibracij.
Analiza in obdelava rezultatov
Metoda rentgenske fluorescenčne analize po GOST vključuje izvedbo dveh nizov vzporednih meritev za pridobitev analitičnega signala vsakega elementa pod nadzorom.
Dovoljena je uporaba izraza vrednosti analitičnega rezultata in neskladja vzporednih meritev. V merskih enotah tehtnice izražajo podatke, pridobljene z uporabo kalibracijskih značilnosti.
Če dovoljeno odstopanje presega vzporedne meritve, je treba analizo ponoviti.
Možna je tudi ena meritev. V tem primeru se dve meritvi izvedeta vzporedno glede na en vzorec iz analizirane serije.
Končni rezultat je aritmetična sredina dveh vzporednih meritev ali rezultat samo ene meritve.
Odvisnost rezultatov od kakovosti vzorca
Za rentgensko fluorescenčno analizo se meja nanaša samo na snov, v kateri je element zaznan. Za različne snovi so meje kvantitativnega zaznavanja elementov različne.
Atomsko število, ki ga ima element, lahko igra veliko vlogo. Pri drugih enakih pogojih je težje določiti lahke elemente, težke pa lažje. Prav tako je isti element lažje prepoznati v lahki matriki kot v težki.
V skladu s tem je metoda odvisna od kakovosti vzorca le do te mere, da element lahko vsebuje njegova sestava.
