XRF (ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ) είναι μια μέθοδος φυσικής ανάλυσης που καθορίζει άμεσα σχεδόν όλα τα χημικά στοιχεία σε σκόνη, υγρά και στερεά υλικά.
Τα οφέλη της μεθόδου
Αυτή η μέθοδος είναι καθολική καθώς βασίζεται στη γρήγορη και εύκολη προετοιμασία του δείγματος. Η μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στη βιομηχανία, στον τομέα της επιστημονικής έρευνας. Η μέθοδος ανάλυσης φθορισμού ακτίνων Χ έχει τεράστιες δυνατότητες, χρήσιμη σε πολύ περίπλοκη ανάλυση διαφόρων περιβαλλοντικών αντικειμένων, καθώς και στον ποιοτικό έλεγχο των κατασκευασμένων προϊόντων και στην ανάλυση τελικών προϊόντων και πρώτων υλών.
Ιστορία
Η ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ περιγράφηκε για πρώτη φορά το 1928 από δύο επιστήμονες - τον Glocker και τον Schreiber. Η ίδια η συσκευή δημιουργήθηκε μόλις το 1948 από τους επιστήμονες Friedman και Burks. Ως ανιχνευτής, πήραν έναν μετρητή Geiger, ο οποίος έδειξε υψηλή ευαισθησία σε σχέση με τον ατομικό αριθμό του πυρήνα του στοιχείου.
Το υλικό ηλίου ή κενού στην ερευνητική μέθοδο άρχισε να χρησιμοποιείται το 1960. Χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό των ελαφρών στοιχείων. Ξεκίνησε επίσης να χρησιμοποιεί κρυστάλλους φθορίουλίθιο. Χρησιμοποιήθηκαν για περίθλαση. Χρησιμοποιήθηκαν σωλήνες ροδίου και χρωμίου για τη διέγερση της ζώνης κύματος.
Si(Li) - ο ανιχνευτής μετατόπισης λιθίου πυριτίου εφευρέθηκε το 1970. Παρείχε υψηλή ευαισθησία δεδομένων και δεν απαιτούσε τη χρήση κρυσταλλοποιητή. Ωστόσο, η ενεργειακή ανάλυση αυτού του οργάνου ήταν χειρότερη.
Αυτοματοποιημένο αναλυτικό έλεγχο εξαρτημάτων και διεργασιών μεταφέρθηκε στο μηχάνημα με την εμφάνιση των υπολογιστών. Ο έλεγχος πραγματοποιήθηκε από τον πίνακα στο όργανο ή στο πληκτρολόγιο του υπολογιστή. Οι αναλυτές έγιναν τόσο δημοφιλείς που συμπεριλήφθηκαν στις αποστολές Apollo 15 και Apollo 16.
Αυτή τη στιγμή, οι διαστημικοί σταθμοί και τα πλοία που εκτοξεύονται στο διάστημα είναι εξοπλισμένα με αυτές τις συσκευές. Αυτό σας επιτρέπει να αναγνωρίσετε και να αναλύσετε τη χημική σύνθεση των πετρωμάτων άλλων πλανητών.
Method Essence
Η ουσία της ανάλυσης φθορισμού ακτίνων Χ είναι η διεξαγωγή φυσικής ανάλυσης. Είναι δυνατή η ανάλυση με αυτόν τον τρόπο τόσο στερεών (γυαλί, μέταλλο, κεραμικά, άνθρακας, πέτρες, πλαστικό) όσο και υγρά (λάδι, βενζίνη, διαλύματα, χρώματα, κρασί και αίμα). Η μέθοδος σας επιτρέπει να προσδιορίσετε πολύ μικρές συγκεντρώσεις, σε επίπεδο ppm (ένα μέρος ανά εκατομμύριο). Μεγάλα δείγματα, έως και 100%, επιδέχονται επίσης έρευνα.
Αυτή η ανάλυση είναι γρήγορη, ασφαλής και μη καταστροφική για το περιβάλλον. Έχει υψηλή αναπαραγωγιμότητα των αποτελεσμάτων και ακρίβεια δεδομένων. Η μέθοδος επιτρέπει ημιποσοτική, ποιοτική και ποσοτική ανίχνευση όλων των στοιχείων που υπάρχουν στο δείγμα.
Η ουσία της μεθόδου ανάλυσης φθορισμού ακτίνων Χαπλό και κατανοητό. Αν αφήσεις την ορολογία στην άκρη και προσπαθήσεις να εξηγήσεις τη μέθοδο με πιο απλό τρόπο, τότε αποδεικνύεται. Ότι η ανάλυση πραγματοποιείται με βάση τη σύγκριση της ακτινοβολίας που προκύπτει από την ακτινοβολία ενός ατόμου.
Υπάρχει ένα σύνολο τυπικών δεδομένων που είναι ήδη γνωστό. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα με αυτά τα δεδομένα, οι επιστήμονες καταλήγουν στο συμπέρασμα ποια είναι η σύνθεση του δείγματος.
Η απλότητα και η προσβασιμότητα των σύγχρονων συσκευών τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται σε υποβρύχια έρευνα, το διάστημα, διάφορες μελέτες στον τομέα του πολιτισμού και των τεχνών.
Αρχή λειτουργίας
Αυτή η μέθοδος βασίζεται στην ανάλυση του φάσματος, η οποία λαμβάνεται με την έκθεση του προς εξέταση υλικού με ακτίνες Χ.
Κατά την ακτινοβολία, το άτομο αποκτά μια διεγερμένη κατάσταση, η οποία συνοδεύεται από τη μετάβαση ηλεκτρονίων σε κβαντικά επίπεδα υψηλότερης τάξης. Το άτομο παραμένει σε αυτή την κατάσταση για πολύ μικρό χρονικό διάστημα, περίπου 1 μικροδευτερόλεπτο, και μετά από αυτό επιστρέφει στη βασική του κατάσταση (ήσυχη θέση). Αυτή τη στιγμή, τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στα εξωτερικά κελύφη είτε γεμίζουν τις κενές θέσεις και απελευθερώνουν την περίσσεια ενέργειας με τη μορφή φωτονίων ή μεταφέρουν ενέργεια σε άλλα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στα εξωτερικά κελύφη (ονομάζονται ηλεκτρόνια Auger). Αυτή τη στιγμή, κάθε άτομο εκπέμπει ένα φωτοηλεκτρόνιο, η ενέργεια του οποίου έχει μια αυστηρή τιμή. Για παράδειγμα, ο σίδηρος, όταν εκτίθεται σε ακτίνες Χ, εκπέμπει φωτόνια ίσα με Ka, ή 6,4 keV. Αντίστοιχα, από τον αριθμό των κβαντών και της ενέργειας, μπορεί κανείς να κρίνει τη δομή της ύλης.
Πηγή ακτινοβολίας
Η μέθοδος φθορισμού ακτίνων Χ ανάλυσης μετάλλων χρησιμοποιεί τόσο ισότοπα διαφόρων στοιχείων όσο και σωλήνες ακτίνων Χ ως πηγή επούλωσης. Κάθε χώρα έχει διαφορετικές απαιτήσεις για την εξαγωγή και εισαγωγή ισοτόπων που εκπέμπουν, αντίστοιχα, στη βιομηχανία για την παραγωγή τέτοιου εξοπλισμού, προτιμούν να χρησιμοποιούν σωλήνα ακτίνων Χ.
Τέτοιοι σωλήνες συνοδεύονται από χαλκό, ασήμι, ρόδιο, μολυβδαίνιο ή άλλες ανόδους. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η άνοδος επιλέγεται ανάλογα με την εργασία.
Το ρεύμα και η τάση διαφέρουν για διαφορετικά στοιχεία. Αρκεί να διερευνήσετε ελαφρά στοιχεία με τάση 10 kV, βαριά - 40-50 kV, μεσαία - 20-30 kV.
Κατά τη μελέτη των φωτεινών στοιχείων, η περιβάλλουσα ατμόσφαιρα έχει τεράστιο αντίκτυπο στο φάσμα. Για να μειωθεί αυτό το φαινόμενο, το δείγμα σε ειδικό θάλαμο τοποθετείται σε κενό ή ο χώρος γεμίζει με ήλιο. Το διεγερμένο φάσμα καταγράφεται από μια ειδική συσκευή - έναν ανιχνευτή. Η ακρίβεια του διαχωρισμού των φωτονίων διαφορετικών στοιχείων μεταξύ τους εξαρτάται από το πόσο υψηλή είναι η φασματική ανάλυση του ανιχνευτή. Τώρα η πιο ακριβής είναι η ανάλυση στο επίπεδο των 123 eV. Μια ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ πραγματοποιείται από μια συσκευή με τέτοιο εύρος με ακρίβεια έως και 100%.
Αφού το φωτοηλεκτρόνιο μετατραπεί σε παλμό τάσης, ο οποίος μετράται από ειδικά ηλεκτρονικά μέτρησης, μεταδίδεται στον υπολογιστή. Από τις κορυφές του φάσματος, που έδωσαν ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ, είναι εύκολο να προσδιοριστεί ποιοτικά ποιαυπάρχουν στοιχεία στο δείγμα που μελετήθηκε. Για να προσδιοριστεί με ακρίβεια το ποσοτικό περιεχόμενο, είναι απαραίτητο να μελετηθεί το φάσμα που προκύπτει σε ένα ειδικό πρόγραμμα βαθμονόμησης. Το πρόγραμμα είναι προ-δημιουργημένο. Για αυτό χρησιμοποιούνται πρωτότυπα, η σύνθεση των οποίων είναι γνωστή εκ των προτέρων με μεγάλη ακρίβεια.
Για να το θέσω απλά, το λαμβανόμενο φάσμα της υπό μελέτη ουσίας συγκρίνεται απλώς με το γνωστό. Έτσι, λαμβάνονται πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση της ουσίας.
Ευκαιρίες
Η μέθοδος ανάλυσης φθορισμού ακτίνων Χ σάς επιτρέπει να αναλύσετε:
- δείγματα των οποίων το μέγεθος ή η μάζα είναι αμελητέα (100-0,5 mg);
- σημαντική μείωση των ορίων (χαμηλότερη κατά 1-2 τάξεις μεγέθους από το XRF);
- ανάλυση λαμβάνοντας υπόψη τις διακυμάνσεις της κβαντικής ενέργειας.
Το πάχος του προς εξέταση δείγματος δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1 mm.
Σε περίπτωση τέτοιου μεγέθους δείγματος, είναι δυνατή η καταστολή δευτερογενών διεργασιών στο δείγμα, μεταξύ των οποίων:
- πολλαπλή σκέδαση Compton, η οποία διευρύνει σημαντικά την κορυφή στους φωτεινούς πίνακες;
- bremsstrahlung των φωτοηλεκτρονίων (συμβάλλει στο οροπέδιο του φόντου);
- διέγερση μεταξύ στοιχείων καθώς και απορρόφηση φθορισμού που απαιτεί διόρθωση μεταξύ στοιχείων κατά την επεξεργασία του φάσματος.
Μειονεκτήματα της μεθόδου
Ένα από τα σημαντικά μειονεκτήματα είναι η πολυπλοκότητα που συνοδεύει την προετοιμασία λεπτών δειγμάτων, καθώς και οι αυστηρές απαιτήσεις για τη δομή του υλικού. Για την έρευνα, το δείγμα πρέπει να είναι πολύ λεπτά διασκορπισμένο και πολύ ομοιόμορφο.
Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι η μέθοδος συνδέεται σε μεγάλο βαθμό με τα πρότυπα (δείγματα αναφοράς). Αυτό το χαρακτηριστικό είναι εγγενές σε όλες τις μη καταστροφικές μεθόδους.
Εφαρμογή της μεθόδου
Η ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη σε πολλούς τομείς. Χρησιμοποιείται όχι μόνο στην επιστήμη ή τη βιομηχανία, αλλά και στον τομέα του πολιτισμού και των τεχνών.
Χρησιμοποιήθηκε σε:
- περιβαλλοντική προστασία και οικολογία για τον προσδιορισμό βαρέων μετάλλων στα εδάφη, καθώς και για την ανίχνευση τους σε νερό, κατακρημνίσεις, διάφορα αερολύματα;
- ορυκτολογία και γεωλογία πραγματοποιούν ποσοτική και ποιοτική ανάλυση ορυκτών, εδαφών, πετρωμάτων.
- χημική βιομηχανία και μεταλλουργία - έλεγχος της ποιότητας των πρώτων υλών, των τελικών προϊόντων και της διαδικασίας παραγωγής;
- βιομηχανία χρωμάτων - ανάλυση βαφής μολύβδου;
- βιομηχανία κοσμημάτων - μέτρηση της συγκέντρωσης των πολύτιμων μετάλλων;
- βιομηχανία πετρελαίου - προσδιορίστε τον βαθμό μόλυνσης του πετρελαίου και των καυσίμων;
- βιομηχανία τροφίμων - προσδιορίστε τα τοξικά μέταλλα σε τρόφιμα και συστατικά;
- γεωργία - ανάλυση ιχνοστοιχείων σε διάφορα εδάφη, καθώς και σε γεωργικά προϊόντα;
- αρχαιολογία - διενεργήστε στοιχειακή ανάλυση, καθώς και χρονολόγηση ευρημάτων;
- τέχνη - μελετούν γλυπτά, πίνακες ζωγραφικής, εξετάζουν αντικείμενα και τα αναλύουν.
Οικισμός φαντασμάτων
Ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ Το GOST 28033 - 89 ρυθμίζει από το 1989. Εγγραφοκαταχωρούνται όλες οι ερωτήσεις σχετικά με τη διαδικασία. Αν και έχουν γίνει πολλά βήματα όλα αυτά τα χρόνια για τη βελτίωση της μεθόδου, το έγγραφο εξακολουθεί να είναι σχετικό.
Σύμφωνα με το GOST, καθορίζονται οι αναλογίες των υλικών που μελετήθηκαν. Τα δεδομένα εμφανίζονται σε έναν πίνακα.
Πίνακας 1. Αναλογία κλασμάτων μάζας
| Ορισμένο στοιχείο | Κλάσμα μάζας, % |
| Θείο | Από 0,002 έως 0,20 |
| Πυρίτιο | "0,05 " 5,0 |
| Μολυβδαίνιο | "0,05 " 10,0 |
| Τιτάνιο | "0, 01 " 5, 0 |
| Κοβάλτιο | "0,05 " 20,0 |
| Chrome | "0,05 " 35,0 |
| Νιόβιο | "0, 01 " 2, 0 |
| Μαγγάνιο | "0,05 " 20,0 |
| Βανάδιο | "0, 01 " 5, 0 |
| Tungsten | "0,05 " 20,0 |
| Φώσφορος | "0,002 " 0,20 |
Εφαρμοσμένος εξοπλισμός
Η φασματική ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ πραγματοποιείται χρησιμοποιώνταςειδικό εξοπλισμό, μεθόδους και μέσα. Μεταξύ του εξοπλισμού και των υλικών που χρησιμοποιούνται στο GOST αναφέρονται:
- πολυκαναλικά και φασματόμετρα σάρωσης;
- μηχανή λείανσης και σμύριδας (τριβής και λείανσης, τύπου 3B634);
- επιφανειακός μύλος (Μοντέλο 3E711B);
- βιδωτός τόρνος (μοντέλο 16P16).
- τροχοί κοπής (GOST 21963);
- λειαντικοί τροχοί ηλεκτροκορουνδίου (κεραμική σύνδεση, μέγεθος κόκκου 50, σκληρότητα St2, GOST 2424);
- χαρτί λείανσης (βάση χαρτιού, 2ος τύπος, μάρκα BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), ηλεκτροκορούνδιο - κανονικό, μέγεθος κόκκων 50-12, GOST 6456);
- τεχνική αιθυλική αλκοόλη (διορθωμένη, GOST 18300);
- μίγμα αργού-μεθανίου.
GOST παραδέχεται ότι άλλα υλικά και συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παροχή ακριβούς ανάλυσης.
Προετοιμασία και δειγματοληψία σύμφωνα με GOST
Η ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ μετάλλων πριν από την ανάλυση περιλαμβάνει ειδική προετοιμασία δείγματος για περαιτέρω έρευνα.
Η προετοιμασία πραγματοποιείται με την κατάλληλη σειρά:
- Η επιφάνεια που πρόκειται να ακτινοβοληθεί είναι ακονισμένη. Εάν χρειάζεται, σκουπίστε με οινόπνευμα.
- Το δείγμα πιέζεται σφιχτά στο άνοιγμα του δέκτη. Εάν η επιφάνεια του δείγματος δεν είναι αρκετή, τότε χρησιμοποιούνται ειδικοί περιοριστές.
- Το φασματόμετρο προετοιμάζεται για λειτουργία σύμφωνα με τις οδηγίες χρήσης.
- Το φασματόμετρο ακτίνων Χ βαθμονομείται χρησιμοποιώντας ένα τυπικό δείγμα που συμμορφώνεται με το GOST 8.315. Τα ομοιογενή δείγματα μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για βαθμονόμηση.
- Η αποφοίτηση της πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης πραγματοποιείται τουλάχιστον πέντε φορές. Σε αυτήν την περίπτωση, αυτό γίνεται κατά τη λειτουργία του φασματόμετρου σε διαφορετικές ημέρες.
- Κατά την εκτέλεση επαναλαμβανόμενων βαθμονομήσεων, είναι δυνατή η χρήση δύο σειρών βαθμονομήσεων.
Ανάλυση και επεξεργασία αποτελεσμάτων
Η μέθοδος ανάλυσης φθορισμού ακτίνων Χ σύμφωνα με GOST περιλαμβάνει την εκτέλεση δύο σειρών παράλληλων μετρήσεων για τη λήψη αναλυτικού σήματος για κάθε στοιχείο υπό έλεγχο.
Επιτρέπεται η χρήση της έκφρασης της τιμής του αναλυτικού αποτελέσματος και της απόκλισης των παράλληλων μετρήσεων. Σε μονάδες μέτρησης, οι κλίμακες εκφράζουν τα δεδομένα που λαμβάνονται χρησιμοποιώντας τα χαρακτηριστικά βαθμονόμησης.
Εάν η επιτρεπόμενη απόκλιση υπερβαίνει τις παράλληλες μετρήσεις, τότε η ανάλυση πρέπει να επαναληφθεί.
Μία μέτρηση είναι επίσης δυνατή. Σε αυτήν την περίπτωση, πραγματοποιούνται δύο μετρήσεις παράλληλα σε σχέση με ένα δείγμα από την παρτίδα που αναλύθηκε.
Το τελικό αποτέλεσμα είναι ο αριθμητικός μέσος όρος δύο μετρήσεων που λαμβάνονται παράλληλα ή το αποτέλεσμα μίας μόνο μέτρησης.
Εξάρτηση των αποτελεσμάτων από την ποιότητα του δείγματος
Για την ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ, το όριο ισχύει μόνο για την ουσία στην οποία ανιχνεύεται το στοιχείο. Για διαφορετικές ουσίες, τα όρια ποσοτικής ανίχνευσης στοιχείων είναι διαφορετικά.
Ο ατομικός αριθμός που έχει ένα στοιχείο μπορεί να παίξει μεγάλο ρόλο. Αν τα άλλα πράγματα είναι ίσα, είναι πιο δύσκολο να προσδιοριστούν τα ελαφριά στοιχεία και τα βαριά στοιχεία είναι ευκολότερα. Επίσης, το ίδιο στοιχείο αναγνωρίζεται ευκολότερα σε έναν ελαφρύ πίνακα παρά σε έναν βαρύ.
Συνεπώς, η μέθοδος εξαρτάται από την ποιότητα του δείγματος μόνο στο βαθμό που το στοιχείο μπορεί να περιέχεται στη σύνθεσή του.
