Ang XRF (X-ray fluorescence analysis) ay isang paraan ng pisikal na pagsusuri na direktang tinutukoy ang halos lahat ng elemento ng kemikal sa pulbos, likido at solidong materyales.
Ang mga pakinabang ng pamamaraan
Ang paraang ito ay pangkalahatan dahil nakabatay ito sa mabilis at madaling paghahanda ng sample. Ang pamamaraan ay malawakang ginagamit sa industriya, sa larangan ng siyentipikong pananaliksik. Ang X-ray fluorescence method of analysis ay may napakalaking potensyal, kapaki-pakinabang sa napakakomplikadong pagsusuri ng iba't ibang bagay sa kapaligiran, gayundin sa kontrol ng kalidad ng mga gawang produkto at sa pagsusuri ng mga natapos na produkto at hilaw na materyales.
Kasaysayan
Ang X-ray fluorescence analysis ay unang inilarawan noong 1928 ng dalawang siyentipiko - sina Glocker at Schreiber. Ang aparato mismo ay nilikha lamang noong 1948 ng mga siyentipiko na sina Friedman at Burks. Bilang detector, kumuha sila ng Geiger counter, na nagpakita ng mataas na sensitivity kaugnay ng atomic number ng nucleus ng elemento.
Ang helium o vacuum medium sa paraan ng pananaliksik ay nagsimulang gamitin noong 1960. Ginamit ang mga ito upang matukoy ang mga light elements. Nagsimula rin gumamit ng mga fluoride crystalslithium. Ginamit sila para sa diffraction. Ginamit ang mga rhodium at chromium tube para pasiglahin ang waveband.
Si(Li) - naimbento ang silicon lithium drift detector noong 1970. Nagbigay ito ng mataas na sensitivity ng data at hindi nangangailangan ng paggamit ng isang crystallizer. Gayunpaman, mas malala ang energy resolution ng instrumentong ito.
Awtomatikong analytical na bahagi at kontrol ng proseso ang inilipat sa makina sa pagdating ng mga computer. Ang kontrol ay isinagawa mula sa panel sa instrumento o sa keyboard ng computer. Napakasikat ng mga Analyzer kaya napabilang sila sa Apollo 15 at Apollo 16 mission.
Sa ngayon, ang mga istasyon ng kalawakan at mga barkong inilunsad sa kalawakan ay nilagyan ng mga device na ito. Nagbibigay-daan ito sa iyong matukoy at masuri ang kemikal na komposisyon ng mga bato ng ibang mga planeta.
Method Essence
Ang esensya ng X-ray fluorescence analysis ay ang pagsasagawa ng pisikal na pagsusuri. Posibleng pag-aralan sa ganitong paraan ang parehong mga solido (salamin, metal, keramika, karbon, bato, plastik) at mga likido (langis, gasolina, solusyon, pintura, alak at dugo). Ang pamamaraan ay nagpapahintulot sa iyo na matukoy ang napakaliit na konsentrasyon, sa antas ng ppm (isang bahagi bawat milyon). Ang malalaking sample, hanggang 100%, ay katanggap-tanggap din sa pagsasaliksik.
Ang pagsusuri na ito ay mabilis, ligtas at hindi nakakasira sa kapaligiran. Ito ay may mataas na reproducibility ng mga resulta at katumpakan ng data. Ang pamamaraan ay nagbibigay-daan sa semi-quantitative, qualitative at quantitative detection ng lahat ng elemento na nasa sample.
Ang kakanyahan ng X-ray fluorescence na paraan ng pagsusurisimple at naiintindihan. Kung iiwan mo ang terminolohiya sa isang tabi at subukang ipaliwanag ang pamamaraan sa isang mas simpleng paraan, pagkatapos ito ay lumiliko. Na ang pagsusuri ay isinasagawa batay sa isang paghahambing ng radiation na nagreresulta mula sa pag-iilaw ng isang atom.
May isang set ng karaniwang data na alam na. Sa pamamagitan ng paghahambing ng mga resulta sa data na ito, hinuhusgahan ng mga siyentipiko kung ano ang komposisyon ng sample.
Ang pagiging simple at accessibility ng mga modernong device ay nagbibigay-daan sa mga ito na magamit sa ilalim ng dagat na pananaliksik, espasyo, iba't ibang pag-aaral sa larangan ng kultura at sining.
Prinsipyo sa paggawa
Ang paraang ito ay batay sa pagsusuri ng spectrum, na nakukuha sa pamamagitan ng paglalantad ng materyal na susuriin ng X-ray.
Sa panahon ng pag-iilaw, ang atom ay nakakakuha ng isang nasasabik na estado, na sinamahan ng paglipat ng mga electron sa mga antas ng quantum ng isang mas mataas na pagkakasunud-sunod. Ang atom ay nananatili sa ganitong estado sa loob ng napakaikling panahon, humigit-kumulang 1 microsecond, at pagkatapos nito ay bumalik ito sa ground state nito (tahimik na posisyon). Sa oras na ito, ang mga electron na matatagpuan sa mga panlabas na shell ay maaaring punan ang mga bakanteng lugar, at ilalabas ang labis na enerhiya sa anyo ng mga photon, o ilipat ang enerhiya sa iba pang mga electron na matatagpuan sa mga panlabas na shell (tinatawag silang Auger electron). Sa oras na ito, ang bawat atom ay naglalabas ng isang photoelectron, ang enerhiya na kung saan ay may isang mahigpit na halaga. Halimbawa, ang bakal, kapag nalantad sa X-ray, ay naglalabas ng mga photon na katumbas ng Kα, o 6.4 keV. Alinsunod dito, sa pamamagitan ng bilang ng quanta at enerhiya, mahuhusgahan ng isa ang istruktura ng bagay.
Pinagmulan ng radiation
Ang X-ray fluorescence method ng metal analysis ay gumagamit ng parehong isotopes ng iba't ibang elemento at X-ray tubes bilang pinagmumulan ng pagpapagaling. Ang bawat bansa ay may iba't ibang pangangailangan para sa pag-export at pag-import ng mga naglalabas na isotopes, ayon sa pagkakabanggit, sa industriya para sa produksyon ng naturang kagamitan, mas gusto nilang gumamit ng X-ray tube.
Ang ganitong mga tubo ay may kasamang tanso, pilak, rhodium, molybdenum o iba pang anod. Sa ilang sitwasyon, pinipili ang anode depende sa gawain.
Magkaiba ang kasalukuyang at boltahe para sa iba't ibang elemento. Ito ay sapat na upang siyasatin ang mga magaan na elemento na may boltahe na 10 kV, mabigat - 40-50 kV, katamtaman - 20-30 kV.
Sa panahon ng pag-aaral ng mga light elements, ang nakapalibot na kapaligiran ay may malaking epekto sa spectrum. Upang mabawasan ang epektong ito, ang sample sa isang espesyal na silid ay inilalagay sa isang vacuum o ang espasyo ay puno ng helium. Ang nasasabik na spectrum ay naitala ng isang espesyal na aparato - isang detektor. Ang katumpakan ng paghihiwalay ng mga photon ng iba't ibang elemento mula sa bawat isa ay depende sa kung gaano kataas ang spectral resolution ng detector. Ngayon ang pinakatumpak ay ang resolution sa antas na 123 eV. Ang X-ray fluorescence analysis ay isinasagawa ng isang device na may ganoong range na may katumpakan na hanggang 100%.
Pagkatapos ma-convert ang photoelectron sa isang boltahe na pulso, na binibilang ng mga espesyal na elektronikong pagbibilang, ito ay ipinadala sa computer. Mula sa mga taluktok ng spectrum, na nagbigay ng X-ray fluorescence analysis, madaling matukoy nang husay kung alinmay mga elemento sa pinag-aralan na sample. Upang tumpak na matukoy ang dami ng nilalaman, kinakailangan upang pag-aralan ang nagresultang spectrum sa isang espesyal na programa ng pagkakalibrate. Ang programa ay paunang nilikha. Para dito, ginagamit ang mga prototype, na ang komposisyon nito ay alam nang maaga na may mataas na katumpakan.
Sa madaling salita, ang nakuhang spectrum ng pinag-aralan na substance ay inihahambing lamang sa kilala. Kaya, nakuha ang impormasyon tungkol sa komposisyon ng substance.
Mga Pagkakataon
Ang paraan ng pagsusuri ng fluorescence ng X-ray ay nagbibigay-daan sa iyong pag-aralan ang:
- mga sample na ang laki o masa ay bale-wala (100-0.5 mg);
- makabuluhang pagbawas sa mga limitasyon (mas mababa ng 1-2 order ng magnitude kaysa sa XRF);
- analysis na isinasaalang-alang ang mga variation sa quantum energy.
Ang kapal ng sample na susuriin ay hindi dapat lumampas sa 1 mm.
Sa kaso ng ganitong laki ng sample, posibleng sugpuin ang mga pangalawang proseso sa sample, kung saan:
- multiple Compton scattering, na makabuluhang nagpapalawak ng peak sa light matrice;
- bremsstrahlung ng mga photoelectron (nag-aambag sa background plateau);
- inter-element excitation pati na rin ang fluorescence absorption na nangangailangan ng inter-element correction sa panahon ng pagpoproseso ng spectrum.
Mga disadvantage ng pamamaraan
Ang isa sa mga makabuluhang disbentaha ay ang pagiging kumplikado na kasama ng paghahanda ng mga manipis na sample, pati na rin ang mga mahigpit na kinakailangan para sa istraktura ng materyal. Para sa pagsasaliksik, ang sample ay dapat na napaka-pinong dispersed at lubos na pare-pareho.
Ang isa pang disbentaha ay ang paraan ay lubos na nakatali sa mga pamantayan (mga sample ng sanggunian). Ang tampok na ito ay likas sa lahat ng hindi mapanirang pamamaraan.
Paglalapat ng pamamaraan
X-ray fluorescence analysis ay naging laganap sa maraming lugar. Ginagamit ito hindi lamang sa agham o industriya, kundi pati na rin sa larangan ng kultura at sining.
Ginamit sa:
- proteksyon sa kapaligiran at ekolohiya para sa pagtukoy ng mabibigat na metal sa mga lupa, gayundin para sa pagtuklas ng mga ito sa tubig, pag-ulan, iba't ibang aerosol;
- mineralogy at geology nagsasagawa ng quantitative at qualitative analysis ng mga mineral, lupa, bato;
- industriya ng kemikal at metalurhiya - kontrolin ang kalidad ng mga hilaw na materyales, mga natapos na produkto at ang proseso ng produksyon;
- industriya ng pintura - pag-aralan ang lead paint;
- industriya ng alahas - sukatin ang konsentrasyon ng mahahalagang metal;
- industriya ng langis - tukuyin ang antas ng kontaminasyon ng langis at gasolina;
- industriya ng pagkain - tukuyin ang mga nakakalason na metal sa mga pagkain at sangkap;
- agriculture - suriin ang mga trace elements sa iba't ibang lupa, gayundin sa mga produktong pang-agrikultura;
- archaeology - magsagawa ng elemental na pagsusuri, pati na rin ang pakikipag-date ng mga natuklasan;
- sining - pinag-aaralan nila ang mga eskultura, pagpipinta, sinusuri ang mga bagay at sinusuri ang mga ito.
Ghost settlement
X-ray fluorescence analysis GOST 28033 - 89 ay kinokontrol mula noong 1989. Dokumentolahat ng mga katanungan tungkol sa pamamaraan ay nakarehistro. Bagama't maraming hakbang ang ginawa sa paglipas ng mga taon upang pahusayin ang pamamaraan, may kaugnayan pa rin ang dokumento.
Ayon sa GOST, ang mga proporsyon ng mga pinag-aralan na materyales ay itinatag. Ang data ay ipinapakita sa isang talahanayan.
Talahanayan 1. Ratio ng mass fractions
| Tinukoy na elemento | Mass fraction, % |
| Sulfur | Mula 0.002 hanggang 0.20 |
| Silicon | "0.05 " 5.0 |
| Molybdenum | "0.05 " 10.0 |
| Titanium | "0, 01 " 5, 0 |
| Cob alt | "0.05 " 20.0 |
| Chrome | "0.05 " 35.0 |
| Niobium | "0, 01 " 2, 0 |
| Manganese | "0.05 " 20.0 |
| Vanadium | "0, 01 " 5, 0 |
| Tungsten | "0.05 " 20.0 |
| Posporus | "0.002 " 0.20 |
Inilapat na kagamitan
X-ray fluorescence spectral analysis ay isinasagawa gamit angespesyal na kagamitan, pamamaraan at paraan. Kabilang sa mga kagamitan at materyales na ginamit sa GOST ay nakalista:
- multichannel at scanning spectrometers;
- paggiling at emery machine (paggiling at paggiling, uri 3B634);
- surface grinder (Modelo 3E711B);
- screw-cutting lathe (modelo 16P16).
- cutting wheels (GOST 21963);
- electrocorundum abrasive wheels (ceramic bond, grain size 50, hardness St2, GOST 2424);
- sanding paper (paper base, 2nd type, brand BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), electrocorundum - normal, grain size 50-12, GOST 6456);
- teknikal na ethyl alcohol (itinuwid, GOST 18300);
- argon-methane mixture.
Tinatanggap ng GOST na maaaring gumamit ng iba pang materyales at apparatus para magbigay ng tumpak na pagsusuri.
Paghahanda at pag-sample ayon sa GOST
X-ray fluorescence analysis ng mga metal bago ang pagsusuri ay nagsasangkot ng espesyal na paghahanda ng sample para sa karagdagang pananaliksik.
Isinasagawa ang paghahanda sa naaangkop na pagkakasunud-sunod:
- Ang ibabaw na ii-irradiation ay humahasa. Kung kinakailangan, punasan ng alkohol.
- Ang sample ay idiniin nang mahigpit sa pagbubukas ng receiver. Kung hindi sapat ang sample surface, gagamitin ang mga espesyal na limiter.
- Ang spectrometer ay inihanda para sa operasyon ayon sa mga tagubilin para sa paggamit.
- Ang X-ray spectrometer ay na-calibrate gamit ang isang karaniwang sample na sumusunod sa GOST 8.315. Magagamit din ang mga homogenous na sample para sa pag-calibrate.
- Ang pangunahing pagtatapos ay isinasagawa nang hindi bababa sa limang beses. Sa kasong ito, ginagawa ito sa panahon ng pagpapatakbo ng spectrometer sa iba't ibang araw.
- Kapag nagsasagawa ng paulit-ulit na pag-calibrate, posibleng gumamit ng dalawang serye ng mga pag-calibrate.
Pagsusuri at pagproseso ng resulta
Ang paraan ng X-ray fluorescence analysis ayon sa GOST ay kinabibilangan ng pagganap ng dalawang serye ng parallel measurements upang makakuha ng analytical signal ng bawat elementong nasa ilalim ng kontrol.
Pinapayagan na gamitin ang pagpapahayag ng halaga ng analytical na resulta at ang pagkakaiba ng mga parallel na sukat. Sa mga yunit ng pagsukat, ipinapahayag ng mga timbangan ang data na nakuha gamit ang mga katangian ng pagkakalibrate.
Kung ang pinahihintulutang pagkakaiba ay lumampas sa parallel measurements, dapat na ulitin ang pagsusuri.
Posible rin ang isang pagsukat. Sa kasong ito, dalawang sukat ang isinasagawa nang magkatulad na may kinalaman sa isang sample mula sa nasuri na lote.
Ang panghuling resulta ay ang arithmetic mean ng dalawang sukat na kinuha nang magkatulad, o ang resulta ng isang pagsukat lamang.
Pag-asa ng mga resulta sa kalidad ng sample
Para sa X-ray fluorescence analysis, ang limitasyon ay nalalapat lamang sa substance kung saan natukoy ang elemento. Para sa iba't ibang substance, iba ang limitasyon ng quantitative detection ng mga elemento.
Ang atomic number na mayroon ang isang elemento ay maaaring magkaroon ng malaking papel. Ang iba pang mga bagay ay pantay, mas mahirap matukoy ang mga magaan na elemento, at mas madali ang mabibigat na elemento. Gayundin, mas madaling matukoy ang parehong elemento sa isang light matrix kaysa sa isang mabigat.
Ayon, ang pamamaraan ay nakadepende lamang sa kalidad ng sample kung hanggang saan ang elemento ay maaaring taglayin sa komposisyon nito.
