XRF (röntgenfluoresenssianalyysi) on fysikaalinen analyysimenetelmä, joka määrittää suoraan lähes kaikki kemialliset alkuaineet jauhe-, neste- ja kiinteissä materiaaleissa.
Menetelmän edut
Tämä menetelmä on universaali, koska se perustuu nopeaan ja helppoon näytteen valmisteluun. Menetelmää on käytetty laajasti teollisuudessa, tieteellisen tutkimuksen alalla. Röntgenfluoresenssianalyysimenetelmällä on v altava potentiaali, ja se on hyödyllinen erilaisten ympäristökohteiden erittäin monimutkaisessa analysoinnissa sekä valmistettujen tuotteiden laadunvalvonnassa sekä valmiiden tuotteiden ja raaka-aineiden analysoinnissa.
Historia
Röntgenfluoresenssianalyysin kuvasivat ensimmäisen kerran vuonna 1928 kaksi tiedemiestä - Glocker ja Schreiber. Itse laitteen loivat tutkijat Friedman ja Burks vasta vuonna 1948. Ilmaisiksi he ottivat Geiger-laskurin, joka osoitti suurta herkkyyttä elementin ytimen atominumeron suhteen.
Tutkimusmenetelmän heliumia tai tyhjiöväliainetta alettiin käyttää vuonna 1960. Niitä käytettiin valoelementtien määrittämiseen. Aloitin myös fluorikiteiden käytönlitium. Niitä käytettiin diffraktioon. Rodium- ja kromiputkia käytettiin virittämään a altoalue.
Si(Li) - piilitiumin kulkeutumisilmaisin keksittiin vuonna 1970. Se tarjosi korkean tietoherkkyyden eikä vaatinut kiteyttäjän käyttöä. Tämän instrumentin energiatarkkuus oli kuitenkin huonompi.
Automaattinen analyyttinen osa ja prosessinohjaus siirrettiin koneelle tietokoneiden myötä. Ohjaus suoritettiin laitteen paneelista tai tietokoneen näppäimistöstä. Analysaattoreista tuli niin suosittuja, että ne sisällytettiin Apollo 15- ja Apollo 16 -tehtäviin.
Tällä hetkellä avaruusasemat ja avaruuteen laukaistut alukset on varustettu näillä laitteilla. Tämän avulla voit tunnistaa ja analysoida muiden planeettojen kivien kemiallisen koostumuksen.
Method Essence
Röntgenfluoresenssianalyysin ydin on suorittaa fysikaalinen analyysi. Tällä tavalla on mahdollista analysoida sekä kiinteitä aineita (lasi, metalli, keramiikka, kivihiili, kivi, muovi) että nesteitä (öljy, bensiini, liuokset, maalit, viini ja veri). Menetelmän avulla voit määrittää hyvin pieniä pitoisuuksia ppm-tasolla (yksi miljoonasosa). Myös suuret näytteet, jopa 100 %, ovat tutkittavissa.
Tämä analyysi on nopea, turvallinen ja ympäristöä tuhoamaton. Sillä on korkea tulosten toistettavuus ja tietojen tarkkuus. Menetelmä mahdollistaa kaikkien näytteessä olevien elementtien semikvantitatiivisen, kvalitatiivisen ja kvantitatiivisen havaitsemisen.
Röntgenfluoresenssianalyysimenetelmän ydinyksinkertainen ja ymmärrettävä. Jos jätät terminologian syrjään ja yrität selittää menetelmän yksinkertaisemmin, niin se osoittautuu. Että analyysi tehdään atomin säteilytyksestä syntyvän säteilyn vertailun perusteella.
On olemassa joukko vakiotietoja, jotka ovat jo tiedossa. Vertaamalla tuloksia näihin tietoihin tutkijat päättelevät, mikä on näytteen koostumus.
Nykyaikaisten laitteiden yksinkertaisuus ja saavutettavuus mahdollistavat niiden käytön vedenalaisessa tutkimuksessa, avaruudessa sekä erilaisissa kulttuurin ja taiteen alan tutkimuksissa.
Toimintaperiaate
Tämä menetelmä perustuu spektrin analyysiin, joka saadaan altistamalla tutkittava materiaali röntgensäteillä.
Säteilytyksen aikana atomi saa virittyneen tilan, johon liittyy elektronien siirtyminen korkeamman tason kvanttitasoille. Atomi pysyy tässä tilassa hyvin lyhyen ajan, noin 1 mikrosekunnin, jonka jälkeen se palaa perustilaansa (hiljainen asema). Tällä hetkellä ulkokuorilla sijaitsevat elektronit joko täyttävät vapaat paikat ja vapauttavat ylimääräisen energian fotonien muodossa tai siirtävät energiaa muille ulkokuorilla sijaitseville elektroneille (niitä kutsutaan Auger-elektroneiksi). Tällä hetkellä jokainen atomi lähettää fotoelektronin, jonka energialla on tiukka arvo. Esimerkiksi rauta lähettää röntgensäteille altistuessaan fotoneja, jotka ovat yhtä suuria kuin Kaa eli 6,4 keV. Vastaavasti kvanttien ja energian lukumäärän perusteella voidaan arvioida aineen rakenne.
Säteilylähde
Metallianalyysin röntgenfluoresenssimenetelmässä käytetään sekä eri alkuaineiden isotooppeja että röntgenputkia paranemislähteenä. Jokaisella maalla on erilaiset vaatimukset emittoivien isotooppien viennille ja tuonnille, ja tällaisten laitteiden tuotantoteollisuudessa ne käyttävät mieluummin röntgenputkea.
Tällaisissa putkissa on kupari-, hopea-, rodium-, molybdeeni- tai muita anodeja. Joissakin tilanteissa anodi valitaan tehtävän mukaan.
Virta ja jännite ovat erilaisia eri elementeillä. Riittää, kun tutkitaan kevyitä elementtejä, joiden jännite on 10 kV, raskas - 40-50 kV, keski - 20-30 kV.
Valoelementtien tutkimuksen aikana ympäröivällä ilmakehällä on v altava vaikutus spektriin. Tämän vaikutuksen vähentämiseksi näyte erityisessä kammiossa asetetaan tyhjiöön tai tila täytetään heliumilla. Herätetty spektri tallennetaan erityisellä laitteella - ilmaisimella. Eri alkuaineiden fotonien erottelutarkkuus riippuu ilmaisimen spektriresoluutiosta. Nyt tarkin on resoluutio 123 eV tasolla. Röntgenfluoresenssianalyysi suoritetaan sellaisella laitteella, jonka tarkkuus on jopa 100 %.
Kun fotoelektroni on muutettu jännitepulssiksi, joka lasketaan erityisellä laskentaelektroniikalla, se lähetetään tietokoneelle. Spektrin huipuista, jotka antoivat röntgenfluoresenssianalyysin, on helppo määrittää kvalitatiivisesti, mikätutkitussa otoksessa on elementtejä. Kvantitatiivisen sisällön määrittämiseksi tarkasti on tarpeen tutkia tuloksena oleva spektri erityisessä kalibrointiohjelmassa. Ohjelma on valmiiksi luotu. Tätä varten käytetään prototyyppejä, joiden koostumus tiedetään etukäteen suurella tarkkuudella.
Yksinkertaisesti sanottuna tutkitun aineen saatua spektriä verrataan yksinkertaisesti tunnettuun. Näin saadaan tietoa aineen koostumuksesta.
Mahdollisuudet
Röntgenfluoresenssianalyysimenetelmän avulla voit analysoida:
- näytteet, joiden koko tai massa on mitätön (100-0,5 mg);
- merkittävä rajojen pieneneminen (1-2 suuruusluokkaa pienempi kuin XRF);
- analyysi, jossa otetaan huomioon kvanttienergian vaihtelut.
Tutkittavan näytteen paksuus ei saa ylittää 1 mm.
Tällaisen otoskoon tapauksessa on mahdollista estää toissijaiset prosessit näytteessä, mukaan lukien:
- monikertainen Compton-sironta, joka laajentaa merkittävästi valomatriisien huippua;
- valoelektronien bremsstrahlung (vaikuttaa taustatasangolle);
- elementtien välinen heräte sekä fluoresenssin absorptio, joka vaatii elementtien välisen korjauksen spektrikäsittelyn aikana.
Menetelmän haitat
Yksi merkittävistä haitoista on ohuiden näytteiden valmistukseen liittyvä monimutkaisuus sekä tiukat vaatimukset materiaalin rakenteelle. Tutkimusta varten näytteen on oltava erittäin hienojakoinen ja erittäin tasainen.
Toinen haittapuoli on, että menetelmä on voimakkaasti sidottu standardeihin (vertailunäytteet). Tämä ominaisuus on luontainen kaikille tuhoamattomille menetelmille.
Menetelmän soveltaminen
Röntgenfluoresenssianalyysi on yleistynyt monilla alueilla. Sitä ei käytetä vain tieteessä tai teollisuudessa, vaan myös kulttuurin ja taiteen alalla.
Käytetty:
- ympäristönsuojelu ja ekologia maaperän raskasmetallien määrittämiseen sekä niiden havaitsemiseen vedestä, sateesta, erilaisista aerosoleista;
- mineralogia ja geologia suorittaa mineraalien, maaperän, kiven kvantitatiivisia ja laadullisia analyyseja;
- kemianteollisuus ja metallurgia - valvoa raaka-aineiden, valmiiden tuotteiden ja tuotantoprosessin laatua;
- maaliteollisuus - analysoi lyijimaali;
- koruteollisuus - mittaa jalometallien pitoisuus;
- öljyteollisuus - määritä öljyn ja polttoaineen saastumisaste;
- elintarviketeollisuus - tunnista myrkylliset metallit elintarvikkeista ja ainesosista;
- maatalous - analysoi hivenaineita eri maaperässä sekä maataloustuotteissa;
- arkeologia - suorita alkuaineanalyysiä sekä löytöjen päivämäärää;
- taide - he tutkivat veistoksia, maalauksia, tutkivat esineitä ja analysoivat niitä.
Haamuratkaisu
Röntgenfluoresenssianalyysiä GOST 28033 - 89 on säännelty vuodesta 1989 lähtien. Asiakirjakaikki menettelyyn liittyvät kysymykset rekisteröidään. Vaikka menetelmän parantamiseksi on vuosien varrella tehty monia toimenpiteitä, asiakirja on edelleen ajankohtainen.
GOST:n mukaan tutkittujen materiaalien suhteet määritetään. Tiedot näytetään taulukossa.
Taulukko 1. Massaosien suhde
| Määritetty elementti | Massaosa, % |
| Rikki | 0,002–0,20 |
| Pii | "0,05 "5,0 |
| Molybdeeni | "0.05" 10.0 |
| Titanium | "0, 01 " 5, 0 |
| Koboltti | "0,05 " 20,0 |
| Chrome | "0,05 "35,0 |
| Niobium | "0, 01 " 2, 0 |
| Mangaani | "0,05 " 20,0 |
| Vanadium | "0, 01 " 5, 0 |
| Volframi | "0,05 " 20,0 |
| Fosfori | "0,002 " 0,20 |
Soveltuvat laitteet
Röntgenfluoresenssispektrianalyysi suoritetaan käyttämälläerikoislaitteet, menetelmät ja keinot. GOSTissa käytettyjen laitteiden ja materiaalien joukossa on lueteltu:
- monikanavaiset ja pyyhkäisyspektrometrit;
- hioma- ja hiomakone (hionta ja hionta, tyyppi 3B634);
- pintahiomakone (malli 3E711B);
- ruuvileikkaussorvi (malli 16P16).
- leikkuupyörät (GOST 21963);
- elektrokorundihiomalaikat (keraaminen sidos, raekoko 50, kovuus St2, GOST 2424);
- hiomapaperi (paperipohja, 2. tyyppi, merkki BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorundi - normaali, raekoko 50-12, GOST 6456);
- tekninen etyylialkoholi (puhdistettu, GOST 18300);
- argon-metaaniseos.
GOST myöntää, että muita materiaaleja ja laitteita voidaan käyttää tarkkojen analyysien tekemiseen.
Valmistelu ja näytteenotto GOST:n mukaan
Metallien röntgenfluoresenssianalyysi ennen analyysiä sisältää erityisen näytteen valmistelun jatkotutkimuksia varten.
Valmistelu suoritetaan sopivassa järjestyksessä:
- Säteilytettävä pinta on teroitettu. Pyyhi tarvittaessa alkoholilla.
- Näytettä painetaan tiukasti vastaanottimen aukkoa vasten. Jos näytepinta ei riitä, käytetään erityisiä rajoittimia.
- Spektrometri on valmisteltu käyttöä varten käyttöohjeen mukaisesti.
- Röntgenspektrometri on kalibroitu käyttämällä standardinäytettä, joka on GOST 8.315:n mukainen. Homogeenisia näytteitä voidaan käyttää myös kalibrointiin.
- Perustutkinto suoritetaan vähintään viisi kertaa. Tässä tapauksessa tämä tehdään spektrometrin toiminnan aikana eri päivinä.
- Toistuvia kalibrointeja suoritettaessa on mahdollista käyttää kahta kalibrointisarjaa.
Tulosten analysointi ja käsittely
GOST:n mukainen röntgenfluoresenssianalyysimenetelmä sisältää kahden rinnakkaisen mittaussarjan suorittamisen analyyttisen signaalin saamiseksi jokaisesta hallittavasta elementistä.
Analyyttisen tuloksen arvon ja rinnakkaisten mittausten poikkeavuuden ilmaisua saa käyttää. Mittayksiköissä asteikot ilmaisevat kalibrointiominaisuuksien avulla saadut tiedot.
Jos sallittu poikkeama ylittää rinnakkaismittaukset, analyysi on toistettava.
Yksi mittaus on myös mahdollinen. Tässä tapauksessa suoritetaan kaksi mittausta rinnakkain yhden näytteen suhteen analysoidusta erästä.
Lopullinen tulos on kahden rinnakkaisen mittauksen aritmeettinen keskiarvo tai vain yhden mittauksen tulos.
Tulosten riippuvuus näytteen laadusta
Röntgenfluoresenssianalyysissä raja koskee vain ainetta, jossa alkuaine havaitaan. Eri aineiden os alta alkuaineiden kvantitatiivisen havaitsemisen rajat ovat erilaiset.
Elementin atominumerolla voi olla suuri rooli. Jos muut asiat ovat samat, kevyiden elementtien määrittäminen on vaikeampaa ja raskaat elementit helpompaa. Sama elementti on myös helpompi tunnistaa kevyessä matriisissa kuin raskaassa matriisissa.
Menetelmä riippuu siis näytteen laadusta vain siinä määrin, että alkuaine mahtuu sen koostumukseen.
