XRF (rentgenska fluorescentna analiza) je metoda fizičke analize koja izravno određuje gotovo sve kemijske elemente u prahu, tekućim i čvrstim materijalima.
Prednosti metode
Ova metoda je univerzalna jer se temelji na brzoj i jednostavnoj pripremi uzorka. Metoda se široko koristi u industriji, u području znanstvenih istraživanja. Rentgenska fluorescentna metoda analize ima ogroman potencijal, korisna u vrlo složenim analizama različitih objekata okoliša, kao i u kontroli kvalitete proizvedenih proizvoda i u analizi gotovih proizvoda i sirovina.
Povijest
Fluorescencijsku analizu rendgenskih zraka prvi su opisali 1928. godine dva znanstvenika - Glocker i Schreiber. Sam uređaj su tek 1948. godine stvorili znanstvenici Friedman i Burks. Kao detektor uzeli su Geigerov brojač, koji je pokazao visoku osjetljivost u odnosu na atomski broj jezgre elementa.
Helij ili vakuumski medij u metodi istraživanja počeo se koristiti 1960. godine. Korišteni su za određivanje svjetlosnih elemenata. Također je počeo koristiti kristale fluoridalitij. Korišteni su za difrakciju. Za pobuđivanje valnog pojasa korištene su cijevi od rodija i kroma.
Si(Li) - silicij litij detektor drifta izumljen je 1970. godine. Pružao je visoku osjetljivost podataka i nije zahtijevao korištenje kristalizatora. Međutim, energetska rezolucija ovog instrumenta bila je lošija.
Automatizirani analitički dio i kontrola procesa prebačeni su na stroj s pojavom računala. Kontrola se vršila s ploče na instrumentu ili tipkovnice računala. Analizatori su postali toliko popularni da su uključeni u misije Apollo 15 i Apollo 16.
Trenutno su svemirske stanice i brodovi lansirani u svemir opremljeni ovim uređajima. To vam omogućuje da identificirate i analizirate kemijski sastav stijena drugih planeta.
Method Essence
Suština rendgenske fluorescentne analize je provođenje fizikalne analize. Na ovaj način moguće je analizirati kako krute tvari (staklo, metal, keramika, ugljen, kamen, plastika) tako i tekućine (ulje, benzin, otopine, boje, vino i krv). Metoda vam omogućuje da odredite vrlo male koncentracije, na razini ppm (jedan dio na milijun). Veliki uzorci, do 100%, također su pogodni za istraživanje.
Ova analiza je brza, sigurna i nerazorna za okoliš. Ima visoku ponovljivost rezultata i točnost podataka. Metoda omogućuje polukvantitativno, kvalitativno i kvantitativno otkrivanje svih elemenata koji se nalaze u uzorku.
Suština rendgenske fluorescentne metode analizejednostavno i razumljivo. Ako ostavite terminologiju po strani i pokušate objasniti metodu na jednostavniji način, onda ispada. Da se analiza provodi na temelju usporedbe zračenja koje nastaje zračenjem atoma.
Postoji skup standardnih podataka koji su već poznati. Uspoređujući rezultate s tim podacima, znanstvenici zaključuju kakav je sastav uzorka.
Jednostavnost i pristupačnost modernih uređaja omogućavaju im upotrebu u podvodnim istraživanjima, svemirskim istraživanjima, raznim studijama iz područja kulture i umjetnosti.
Princip rada
Ova metoda temelji se na analizi spektra, koji se dobiva izlaganjem materijala koji se ispituje rendgenskim zrakama.
Tijekom zračenja, atom dobiva pobuđeno stanje, koje je popraćeno prijelazom elektrona na kvantne razine višeg reda. Atom ostaje u tom stanju vrlo kratko, oko 1 mikrosekundu, a nakon toga se vraća u osnovno stanje (mirni položaj). U tom trenutku elektroni koji se nalaze na vanjskim ljuskama ili popunjavaju prazna mjesta i oslobađaju višak energije u obliku fotona, ili prenose energiju na druge elektrone smještene na vanjskim ljuskama (oni se nazivaju Auger elektroni). U tom trenutku svaki atom emitira fotoelektron, čija energija ima strogu vrijednost. Na primjer, željezo, kada je izloženo X-zrakama, emitira fotone jednake Kα, odnosno 6,4 keV. Prema tome, po broju kvanta i energije može se suditi o strukturi materije.
Izvor zračenja
Rentgenska fluorescentna metoda za analizu metala koristi i izotope različitih elemenata i rendgenske cijevi kao izvor za liječenje. Svaka zemlja ima različite zahtjeve za izvoz i uvoz emitirajućih izotopa, odnosno u industriji za proizvodnju takve opreme, radije koriste rendgensku cijev.
Takve cijevi dolaze s bakrenim, srebrnim, rodijevim, molibdenskim ili drugim anodama. U nekim situacijama, anoda se bira ovisno o zadatku.
Struja i napon su različiti za različite elemente. Dovoljno je istražiti lake elemente napona od 10 kV, teške - 40-50 kV, srednje - 20-30 kV.
Tijekom proučavanja svjetlosnih elemenata, okolna atmosfera ima ogroman utjecaj na spektar. Kako bi se taj učinak smanjio, uzorak u posebnoj komori stavlja se u vakuum ili se prostor puni helijem. Pobuđeni spektar bilježi se posebnim uređajem – detektorom. Točnost međusobnog odvajanja fotona različitih elemenata ovisi o tome koliko je visoka spektralna razlučivost detektora. Sada je najtočnija rezolucija na razini od 123 eV. Analiza rendgenske fluorescencije provodi se uređajem s takvim rasponom s točnošću do 100%.
Nakon što se fotoelektron pretvori u impuls napona, koji se broji posebnom elektronikom za brojanje, prenosi se na računalo. Iz vrhova spektra, koji su dali analizu rendgenske fluorescencije, lako je kvalitativno odrediti kojiu proučavanom uzorku ima elemenata. Kako bi se točno odredio kvantitativni sadržaj, potrebno je proučiti dobiveni spektar u posebnom kalibracijskom programu. Program je unaprijed kreiran. Za to se koriste prototipovi čiji je sastav unaprijed poznat s velikom točnošću.
Pojednostavljeno rečeno, dobiveni spektar proučavane tvari jednostavno se uspoređuje s poznatim. Tako se dobiva informacija o sastavu tvari.
Prilike
Metoda analize rendgenske fluorescencije omogućuje vam analizu:
- uzorci čija je veličina ili masa zanemariva (100-0,5 mg);
- značajno smanjenje granica (niže za 1-2 reda veličine od XRF-a);
- analiza uzimajući u obzir varijacije u kvantnoj energiji.
Debljina uzorka koji se ispituje ne smije prelaziti 1 mm.
U slučaju takve veličine uzorka, moguće je suzbiti sekundarne procese u uzorku, među kojima:
- višestruko Comptonovo raspršenje, koje značajno proširuje vrh u svjetlosnim matricama;
- kočivo strujanje fotoelektrona (doprinosi pozadinskom platou);
- pobuda među elementima kao i apsorpcija fluorescencije koja zahtijeva međuelementnu korekciju tijekom obrade spektra.
Nedostaci metode
Jedan od značajnih nedostataka je složenost koja prati pripremu tankih uzoraka, kao i strogi zahtjevi za strukturom materijala. Za istraživanje, uzorak mora biti vrlo fino raspršen i vrlo ujednačen.
Još jedan nedostatak je taj što je metoda jako povezana sa standardima (referentni uzorci). Ova je značajka svojstvena svim nedestruktivnim metodama.
Primjena metode
Fluorescentna analiza X-zraka postala je raširena u mnogim područjima. Koristi se ne samo u znanosti ili industriji, već iu području kulture i umjetnosti.
Koristi se u:
- zaštita okoliša i ekologija za određivanje teških metala u tlu, kao i za njihovo otkrivanje u vodi, padalinama, raznim aerosolima;
- mineralogija i geologija provode kvantitativne i kvalitativne analize minerala, tla, stijena;
- kemijska industrija i metalurgija - kontrola kvalitete sirovina, gotovih proizvoda i procesa proizvodnje;
- industrija boja - analizirajte olovnu boju;
- industrija nakita - izmjerite koncentraciju plemenitih metala;
- industrija nafte - odrediti stupanj kontaminacije nafte i goriva;
- prehrambena industrija - identificirajte otrovne metale u hrani i sastojcima;
- poljoprivreda - analizirajte elemente u tragovima u raznim tlima, kao iu poljoprivrednim proizvodima;
- arheologija - izvršiti elementarnu analizu, kao i datiranje nalaza;
- umjetnost - proučavaju skulpture, slike, ispituju predmete i analiziraju ih.
Naselje duhova
Rentgenska fluorescentna analiza GOST 28033 - 89 regulira od 1989. godine. Dokumentsva pitanja vezana za postupak su registrirana. Iako su tijekom godina poduzeti mnogi koraci za poboljšanje metode, dokument je još uvijek relevantan.
Prema GOST-u utvrđuju se omjeri proučavanih materijala. Podaci se prikazuju u tablici.
Tablica 1. Omjer masenih ulomaka
| Definirani element | Maseni udio, % |
| Sumpor | Od 0,002 do 0,20 |
| Silikon | "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 |
| Tungsten | "0,05 " 20,0 |
| fosfor | "0,002 " 0,20 |
Primijenjena oprema
Rentgenska fluorescentna spektralna analiza provodi se korištenjemposebna oprema, metode i sredstva. Među opremom i materijalima koji se koriste u GOST-u navedeni su:
- višekanalni i skenirajući spektrometri;
- stroj za mljevenje i brušenje (brušenje i mljevenje, tip 3B634);
- brusilica (model 3E711B);
- strug za rezanje vijaka (model 16P16).
- kotači za rezanje (GOST 21963);
- elektrokorundni abrazivni kotači (keramička veza, veličina zrna 50, tvrdoća St2, GOST 2424);
- brusni papir (papirna baza, 2. vrsta, marka BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorund - normalan, veličina zrna 50-12, GOST 6456);
- tehnički etilni alkohol (rektificirani, GOST 18300);
- mješavina argon-metana.
GOST priznaje da se drugi materijali i aparati mogu koristiti za pružanje točne analize.
Priprema i uzorkovanje prema GOST-u
Rentgenska fluorescentna analiza metala prije analize uključuje posebnu pripremu uzorka za daljnja istraživanja.
Priprema se izvodi odgovarajućim redoslijedom:
- Površina koju treba ozračiti je izoštrena. Ako je potrebno, obrišite alkoholom.
- Uzorak se čvrsto pritisne uz otvor prijemnika. Ako površina uzorka nije dovoljna, tada se koriste posebni limiteri.
- Spektrometar je pripremljen za rad prema uputama za uporabu.
- Rentgenski spektrometar je kalibriran korištenjem standardnog uzorka koji je u skladu s GOST 8.315. Homogeni uzorci se također mogu koristiti za kalibraciju.
- Osnovna matura provodi se najmanje pet puta. U ovom slučaju, to se radi tijekom rada spektrometra u različite dane.
- Prilikom izvođenja ponovljenih kalibracija moguće je koristiti dvije serije kalibracija.
Analiza i obrada rezultata
Metoda rendgenske fluorescentne analize prema GOST-u uključuje izvođenje dvije serije paralelnih mjerenja kako bi se dobio analitički signal svakog elementa pod kontrolom.
Dopušteno je koristiti izraz vrijednosti analitičkog rezultata i neslaganja paralelnih mjerenja. U mjernim jedinicama, skale izražavaju podatke dobivene korištenjem karakteristika kalibracije.
Ako dopušteno odstupanje premašuje paralelna mjerenja, tada se analiza mora ponoviti.
Moguće je i jedno mjerenje. U ovom slučaju, dva mjerenja se provode paralelno s obzirom na jedan uzorak iz analizirane serije.
Konačni rezultat je aritmetička sredina dvaju paralelnih mjerenja ili rezultat samo jednog mjerenja.
Ovisnost rezultata o kvaliteti uzorka
Za analizu rendgenske fluorescencije, granica se odnosi samo na tvar u kojoj je element detektiran. Za različite tvari, granice kvantitativne detekcije elemenata su različite.
Atomski broj koji element ima može igrati veliku ulogu. Uz ostale jednake stvari, teže je odrediti lake elemente, a teže je lakše. Također, isti element je lakše identificirati u laganoj matrici nego u teškoj.
Prema tome, metoda ovisi o kvaliteti uzorka samo u mjeri u kojoj element može biti sadržan u svom sastavu.
