XRF (røntgenfluorescensanalyse) er en fysisk analysemetode som direkte bestemmer nesten alle kjemiske grunnstoffer i pulver, flytende og faste materialer.
Fordelene med metoden
Denne metoden er universell ettersom den er basert på rask og enkel prøveforberedelse. Metoden har vært mye brukt i industrien, innen vitenskapelig forskning. Analysemetoden for røntgenfluorescens har et enormt potensial, nyttig i svært komplekse analyser av ulike miljøobjekter, samt i kvalitetskontroll av produserte produkter og i analyse av ferdige produkter og råvarer.
Historie
Røntgenfluorescensanalyse ble først beskrevet i 1928 av to forskere - Glocker og Schreiber. Selve enheten ble opprettet først i 1948 av forskerne Friedman og Burks. Som detektor tok de en geigerteller, som viste høy følsomhet med hensyn til atomnummeret til grunnstoffets kjerne.
Heliumet eller vakuummediet i forskningsmetoden begynte å bli brukt i 1960. De ble brukt til å bestemme lyselementer. Begynte også å bruke fluorkrystallerlitium. De ble brukt til diffraksjon. Rhodium- og kromrør ble brukt for å eksitere bølgebåndet.
Si(Li) - silisiumlitiumdriftdetektor ble oppfunnet i 1970. Det ga høy datafølsomhet og krevde ikke bruk av en krystallisator. Energioppløsningen til dette instrumentet var imidlertid dårligere.
Automatisk analytisk del og prosesskontroll overført til maskinen med bruk av datamaskiner. Kontrollen ble utført fra panelet på instrumentet eller datamaskinens tastatur. Analysatorer ble så populære at de ble inkludert i Apollo 15- og Apollo 16-oppdragene.
For øyeblikket er romstasjoner og skip som sendes ut i verdensrommet utstyrt med disse enhetene. Dette lar deg identifisere og analysere den kjemiske sammensetningen til bergarter på andre planeter.
Method Essence
Essensen av røntgenfluorescensanalyse er å utføre en fysisk analyse. Det er mulig å analysere på denne måten både faste stoffer (glass, metall, keramikk, kull, stein, plast) og væsker (olje, bensin, løsninger, maling, vin og blod). Metoden lar deg bestemme svært små konsentrasjoner, på ppm-nivå (en del per million). Store prøver, opptil 100 %, er også tilgjengelige for forskning.
Denne analysen er rask, sikker og ikke-destruktiv for miljøet. Den har høy reproduserbarhet av resultater og datanøyaktighet. Metoden tillater semikvantitativ, kvalitativ og kvantitativ deteksjon av alle elementer som er i prøven.
essensen av røntgenfluorescensmetoden for analyseenkelt og forståelig. Legger man terminologien til side og prøver å forklare metoden på en enklere måte, så viser det seg. At analysen er utført på grunnlag av en sammenligning av strålingen som følger av bestråling av et atom.
Det er et sett med standarddata som allerede er kjent. Ved å sammenligne resultatene med disse dataene konkluderer forskerne hva sammensetningen av prøven er.
Enkelheten og tilgjengeligheten til moderne enheter gjør at de kan brukes i undervannsforskning, romfart, ulike studier innen kultur og kunst.
Arbeidsprinsipp
Denne metoden er basert på analysen av spekteret, som oppnås ved å eksponere materialet som skal undersøkes med røntgenstråler.
Under bestråling får atomet en eksitert tilstand, som er ledsaget av overgangen av elektroner til kvantenivåer av høyere orden. Atomet forblir i denne tilstanden i svært kort tid, ca. 1 mikrosekund, og deretter går det tilbake til grunntilstanden (stille posisjon). På dette tidspunktet fyller elektronene som ligger på de ytre skallene enten de ledige stedene, og frigjør overskuddsenergien i form av fotoner, eller overfører energi til andre elektroner som ligger på de ytre skallene (de kalles Auger-elektroner). På dette tidspunktet avgir hvert atom et fotoelektron, hvis energi har en streng verdi. For eksempel sender jern ut fotoner lik Kα, eller 6,4 keV, når det utsettes for røntgenstråler. Følgelig, ved antall kvanter og energi, kan man bedømme strukturen til materie.
Strålekilde
Røntgenfluorescensmetoden for metallanalyse bruker både isotoper av ulike grunnstoffer og røntgenrør som en kilde for helbredelse. Hvert land har forskjellige krav til henholdsvis eksport og import av emitterende isotoper, i industrien for produksjon av slikt utstyr foretrekker de å bruke et røntgenrør.
Slike rør kommer med kobber, sølv, rhodium, molybden eller andre anoder. I noen situasjoner velges anoden avhengig av oppgaven.
Strøm og spenning er forskjellige for forskjellige elementer. Det er nok å undersøke lette elementer med en spenning på 10 kV, tunge - 40-50 kV, middels - 20-30 kV.
Under studiet av lette elementer har den omkringliggende atmosfæren en enorm innvirkning på spekteret. For å redusere denne effekten, plasseres prøven i et spesielt kammer i et vakuum eller rommet fylles med helium. Det begeistrede spekteret registreres av en spesiell enhet - en detektor. Nøyaktigheten av separasjon av fotoner av forskjellige elementer fra hverandre avhenger av hvor høy spektraloppløsningen til detektoren er. Nå er den mest nøyaktige oppløsningen på nivået 123 eV. En røntgenfluorescensanalyse utføres av en enhet med en slik rekkevidde med en nøyaktighet på opptil 100%.
Etter at fotoelektronet er omdannet til en spenningspuls, som telles av spesiell telleelektronikk, sendes den til datamaskinen. Fra toppene av spekteret, som ga røntgenfluorescensanalyse, er det lett å kvalitativt bestemme hvilkendet er elementer i det studerte utvalget. For å nøyaktig bestemme det kvantitative innholdet, er det nødvendig å studere det resulterende spekteret i et spesielt kalibreringsprogram. Programmet er ferdiglaget. Til dette brukes prototyper hvis sammensetning er kjent på forhånd med høy nøyaktighet.
For å si det enkelt sammenlignes det oppnådde spekteret av det studerte stoffet med det kjente. Dermed får man informasjon om sammensetningen av stoffet.
Opportunities
Røntgenfluorescensanalysemetoden lar deg analysere:
- prøver hvis størrelse eller masse er ubetydelig (100-0,5 mg);
- betydelig reduksjon i grenser (lavere med 1-2 størrelsesordener enn XRF);
- analyse som tar hensyn til variasjoner i kvanteenergi.
Tykkelsen på prøven som skal undersøkes bør ikke overstige 1 mm.
I tilfelle av en slik prøvestørrelse er det mulig å undertrykke sekundære prosesser i utvalget, blant annet:
- multiple Compton-spredning, som utvider toppen betydelig i lette matriser;
- bremsstrahlung av fotoelektroner (bidrar til bakgrunnsplatået);
- inter-element eksitasjon samt fluorescensabsorpsjon som krever inter-element korreksjon under spektrumbehandling.
Ulemper med metoden
En av de betydelige ulempene er kompleksiteten som følger med utarbeidelsen av tynne prøver, samt strenge krav til materialets struktur. For forskning må prøven være svært finspredt og svært ensartet.
En annen ulempe er at metoden er sterkt knyttet til standarder (referanseprøver). Denne funksjonen er iboende i alle ikke-destruktive metoder.
Anvendelse av metode
Røntgenfluorescensanalyse har blitt utbredt i mange områder. Den brukes ikke bare innen vitenskap eller industri, men også innen kultur og kunst.
Brukt i:
- miljøvern og økologi for bestemmelse av tungmetaller i jord, samt for deteksjon i vann, nedbør, ulike aerosoler;
- mineralogi og geologi utfører kvantitative og kvalitative analyser av mineraler, jordarter, bergarter;
- kjemisk industri og metallurgi - kontroller kvaliteten på råvarer, ferdige produkter og produksjonsprosessen;
- malingsindustrien - analyser blymaling;
- smykkeindustrien - mål konsentrasjonen av edle metaller;
- oljeindustrien - bestemme graden av forurensning av olje og drivstoff;
- matindustri – identifiser giftige metaller i matvarer og ingredienser;
- agriculture - analyser sporstoffer i ulike jordarter, så vel som i landbruksprodukter;
- arkeologi - utfør elementæranalyse, samt datering av funn;
- kunst - de studerer skulpturer, malerier, undersøker objekter og analyserer dem.
Spøkelsesoppgjør
Røntgenfluorescensanalyse GOST 28033 - 89 har regulert siden 1989. Dokumentalle spørsmål vedrørende prosedyren er registrert. Selv om mange skritt har blitt tatt opp gjennom årene for å forbedre metoden, er dokumentet fortsatt relevant.
Ifølge GOST er proporsjonene til de studerte materialene etablert. Dataene vises i en tabell.
Tabell 1. Forholdet mellom massefraksjoner
| Definert element | massebrøk, % |
| Svovel | Fra 0,002 til 0,20 |
| Silicon | "0.05 " 5.0 |
| molybden | "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 |
| Mangan | "0.05 " 20.0 |
| Vanadium | "0, 01 " 5, 0 |
| Tungsten | "0.05 " 20.0 |
| fosfor | "0,002 " 0,20 |
Anvendt utstyr
Røntgenfluorescensspektralanalyse utføres ved hjelp avspesialutstyr, metoder og midler. Blant utstyret og materialene som brukes i GOST er oppført:
- flerkanal- og skanningsspektrometre;
- slipe- og smergelmaskin (sliping og sliping, type 3B634);
- overflatesliper (modell 3E711B);
- skrueskjærende dreiebenk (modell 16P16).
- skjærehjul (GOST 21963);
- electrocorundum slipeskiver (keramisk lim, kornstørrelse 50, hardhet St2, GOST 2424);
- slipepapir (papirbunn, 2. type, merke BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorund - normal, kornstørrelse 50-12, GOST 6456);
- teknisk etylalkohol (rettet, GOST 18300);
- argon-metanblanding.
GOST innrømmer at andre materialer og apparater kan brukes for å gi nøyaktige analyser.
Forberedelse og prøvetaking i henhold til GOST
Røntgenfluorescensanalyse av metaller før analyse innebærer spesiell prøveforberedelse for videre forskning.
Forberedelse utføres i riktig rekkefølge:
- Overflaten som skal bestråles er slipt. Tørk om nødvendig med alkohol.
- Prøven presses tett mot åpningen på mottakeren. Hvis prøveoverflaten ikke er nok, brukes spesielle begrensere.
- Spektrometeret er klargjort for bruk i henhold til bruksanvisningen.
- Røntgenspektrometeret er kalibrert med en standardprøve som samsvarer med GOST 8.315. Homogene prøver kan også brukes til kalibrering.
- Primæreksamen gjennomføres minst fem ganger. I dette tilfellet gjøres dette under drift av spektrometeret på forskjellige dager.
- Ved gjentatte kalibreringer er det mulig å bruke to serier med kalibreringer.
Resultatanalyse og behandling
Metoden for røntgenfluorescensanalyse i henhold til GOST innebærer utførelse av to serier med parallelle målinger for å oppnå et analytisk signal for hvert element under kontroll.
Det er tillatt å bruke uttrykket for verdien av analyseresultatet og avviket til parallelle målinger. I måleenheter uttrykker skalaene dataene som er oppnådd ved bruk av kalibreringskarakteristikkene.
Hvis det tillatte avviket overstiger parallelle målinger, må analysen gjentas.
Én måling er også mulig. I dette tilfellet utføres to målinger parallelt med hensyn til én prøve fra det analyserte partiet.
Det endelige resultatet er det aritmetiske gjennomsnittet av to målinger tatt parallelt, eller resultatet av én måling alene.
Resultatavhengighet av prøvekvalitet
For røntgenfluorescensanalyse gjelder grensen kun for stoffet der grunnstoffet er påvist. For forskjellige stoffer er grensene for kvantitativ deteksjon av grunnstoffer forskjellige.
Atomnummeret som et grunnstoff har kan spille en stor rolle. Alt annet likt er det vanskeligere å bestemme lette elementer, og tunge elementer er lettere. Det samme elementet er også lettere å identifisere i en lett matrise enn i en tung matrise.
Følgelig avhenger metoden bare av kvaliteten på prøven i den grad elementet kan inneholdes i sammensetningen.
