Ce este analiza fluorescenței cu raze X?

XRF (analiza fluorescenței cu raze X) este o metodă de analiză fizică care determină direct aproape toate elementele chimice din materiale pulverulente, lichide și solide.

Utilizarea metodei

Această metodă este universală, deoarece se bazează pe pregătirea rapidă și simplă a probelor. A primit metoda de difuzare largă în industrie, în domeniul cercetării științifice. Raze X metoda de analiza fluorescenta are o oportunitate extraordinară, utilă pentru analiza complexă a diferitelor obiecte de mediu, precum și în timpul controlului calității producției și în analiza produselor finite și materii prime.

poveste

Analiza fluorescenței cu raze X a fost descrisă pentru prima dată în 1928 de doi oameni de știință - Glocker și Schreiber. Dispozitivul în sine a fost creat abia în 1948 de către oamenii de știință Friedman și Berks. Ca detector, au luat un contor Geiger, care a arătat o sensibilitate ridicată față de numărul atomic al nucleului elementului.

Mediul de heliu sau vid a fost utilizat în metoda de cercetare în 1960. Le-au folosit pentru a determina elementele luminoase. De asemenea, s-au folosit cristale de fluorură de litiu. Ele au fost folosite pentru difracție. S-au folosit tuburi de rond și crom pentru a excita banda de unde.

Detectorul de siliciu litiu Si (Li) a fost inventat în 1970. Acesta a furnizat o mare sensibilitate la date și nu a necesitat utilizarea unui cristalizor. Cu toate acestea, rezoluția energetică a acestui dispozitiv a fost mai gravă.

Automatizate componente analitice și controlul procesului transferate mașină cu apariția de computere. Controlul a fost efectuat de la panoul de pe dispozitiv sau tastatura calculatorului. Instrumentele de analiză au devenit atât de populare încât au fost incluse în misiunile "Apollo-15" și "Apollo-16".

În prezent, stațiile spațiale și navele lansate în spațiu sunt echipate cu aceste dispozitive. Aceasta permite identificarea și analiza compoziției chimice a rocilor altor planete.

Esența metodei

Esența analizei fluorescente cu raze X este analiza fizică. Pentru a analiza acest mod poate fi organisme rigide (sticlă, metal, ceramică, cărbune, rocă, plastic) și lichide (ulei, benzină, soluții, vopsele, vin și sânge). Metoda permite determinarea concentrațiilor foarte mici, la nivelul ppm (o parte pe milion). Mare, până la 100% din eșantion, sunt, de asemenea, supuse cercetării.

Această analiză este rapidă, sigură și nedistructivă pentru mediul înconjurător. Are reproductibilitate ridicată a rezultatelor și precizia datelor. Metoda permite detectarea semicantitativă, calitativă și cantitativă a tuturor elementelor din probă.

Esența metodei fluorescente de analiză cu raze X este simplă și ușor de înțeles. Dacă lăsați terminologia deoparte și încercați să explicați mai ușor metoda, se va dovedi. Analiza se realizează pe baza unei comparații a radiației care rezultă din iradierea atomului.

Există un set de date standard care este deja cunoscut. Comparând rezultatele cu aceste date, oamenii de știință ajung la o concluzie cu privire la compoziția eșantionului.

Simplitatea și accesibilitatea aparatelor moderne le permit să le aplicăm în condițiile cercetării subacvatice, spațiului, diverselor studii în domeniul culturii și artelor.

Principiul de funcționare

Această metodă se bazează pe analiza spectrului, care este obținut prin expunerea la un material în curs de examinare, raze X.

În timpul iradierii, atomul dobândește o stare excitată, care este însoțită de trecerea electronilor la nivele cuantice de ordin superior. În această stare, atomul este foarte puțin timp, aproximativ 1 microsecundă, și apoi revine la starea lui de bază (poziție liniștită). In acest moment, electronii pe gloantele exterioare, umplute sau spațiu liber vacantă, iar excesul de energie produsă sub formă de fotoni sau alți electroni de energie transmise, situate pe cochilii exterioare (numite electroni Auger). În acest moment, fiecare atom eliberează un fotoelectron a cărui energie are o valoare strictă. De exemplu, fier în timpul Radiații cu raze X emit fotoni egali cu Kalpha- sau 6,4 keV. În consecință, numărul de quanta și de energie poate fi folosit pentru a judeca structura materiei.

Sursa radiației

Metoda de fluorescență a razelor X de analiză a metalelor ca sursă de tratare utilizează atât izotopi ai diferitelor elemente, cât și Tuburi cu raze X. În fiecare țară, se aplică cerințe diferite la importul de izotopi emițători, respectiv, în industria prelucrătoare, astfel de tehnologii sunt preferate să utilizeze un tub cu raze X.

Astfel de țevi pot fi fie cupru, argint, rodiu, molibden sau alt anod. În unele situații, anodul este selectat în funcție de sarcină.

Curentul și tensiunea pentru diferite elemente sunt diferite. Este suficient să investigăm elementele de lumină cu o tensiune de 10 kV, cele grele - 40-50 kV, cele medii - 20-30 kV.

În timpul cercetării elementelor ușoare, atmosfera din jur are o influență enormă asupra spectrului. Pentru a reduce acest efect, o probă dintr-o cameră specială este plasată într-un vid sau umple spațiul cu heliu. Spectrul excitat este înregistrat de un dispozitiv special - un detector. Pe cât de înaltă rezoluția spectrală a detectorului depinde de acuratețea separării fotonilor de elemente diferite unul față de celălalt. Rezoluția cea mai precisă este acum la nivelul de 123 eV. Dispozitivul de analiză fluorescentă cu raze X cu această gamă are o acuratețe de 100%.

După ce fotoelectronul este transformat într-un impuls de tensiune, care este calculat de o electronică specială de numărare, acesta este transmis către calculator. Pe vârfurile spectrului de frecvențe, care au dat o analiză fluorescentă cu raze X, este ușor de determinat calitativ ce elemente se află în proba studiată. Pentru a determina cu acuratețe conținutul cantitativ, este necesar să se studieze spectrul obținut într-un program special de calibrare. Programul este creat în avans. Pentru aceasta, se folosesc prototipuri a căror compoziție este cunoscută în prealabil cu o precizie ridicată.

În termeni simpli, spectrul obținut al substanței studiate este comparat elementar cu cel cunoscut. Astfel, se obțin informații despre compoziția substanței.

oportunități

Analiza fluorescenței cu raze X permite analiza:

• eșantioane a căror dimensiune sau masă este neglijabilă (100-0,5 mg);
• o reducere semnificativă a limitelor (mai mică cu 1-2 ordine de mărime decât RFA);
• analiza ținând seama de variațiile în energia cuanților.

Grosimea specimenului care trebuie examinat nu trebuie să fie mai mare de 1 mm.

În cazul unei astfel de mărimi de eșantion, este posibilă suprimarea proceselor secundare din probă, dintre care:

• Expansiunea multiplă Compton, care, în plămânii mastritei, extinde semnificativ vârful;
• bremsstrahlung de fotoelectroni (contribuie la platoul de fond);
• excitarea între elemente, precum și absorbția fluorescenței, care necesită corecție între elemente în timpul procesării spectrelor.

Dezavantaje ale metodei

Unul dintre dezavantajele semnificative este complexitatea, care este însoțită de pregătirea probelor subțiri, precum și cerințele stricte pentru structura materialului. Pentru studiu, proba trebuie să fie foarte fin dispersată și foarte omogenă.

Un alt dezavantaj este că metoda este puternic legată de standarde (eșantioane de referință). O astfel de caracteristică este inerentă tuturor metodelor nedistructive.

Aplicarea metodei

Analiza fluorescenței cu raze X a devenit larg răspândită în multe domenii. Este folosit nu numai în știință sau producție, ci și în domeniul culturii și al artelor.

Se aplică la:

• Protecția mediului și ecologiei în sol pentru a determina metalele grele, precum și pentru a le identifica în apă, sedimente, diferite aerosoli;
• mineralogia și geologia efectuează o analiză cantitativă și calitativă a mineralelor, a solurilor și a rocilor;
• industria chimică și metalurgia - controlul calității materiilor prime, a produselor finite și a procesului de producție;
• industria lacurilor și a lacurilor - analiza vopselelor de plumb;
• industria bijuteriilor - măsurarea concentrației de metale valoroase;
• industria petrolului - determinarea gradului de contaminare a petrolului și a combustibilului;
• industria alimentară - identificarea metalelor toxice în produsele alimentare și ingrediente;
• agricultură - analizează microelementele în diferite soluri, precum și în produsele agricole;
• arheologie - conduce analiza elementară, precum și data întâlnirilor;
• arta - conduce studiul sculpturilor, picturilor, realizează examinarea obiectelor și analiza acestora.

Satul Gorost

Analiza fluorescenței cu raze X GOST 28033 - 89 reglementează începând din 1989. Documentul descrie toate aspectele legate de procedură. În ciuda faptului că în decursul anilor au fost luate multe măsuri în vederea îmbunătățirii metodei, documentul este încă relevant.

Potrivit GOST, se stabilesc raporturile dintre acțiunile materialelor studiate. Datele sunt afișate în tabel.

Tabelul 1. Raportul fracției de masă

Echipamente aplicate

Analiza spectrală fluorescentă cu raze X este efectuată cu ajutorul unor echipamente, metode și mijloace speciale. Printre echipamentele și materialele utilizate în GOST sunt enumerate:

• spectrometre multi-canal și de scanare;
• mașină de rectificat (măcinare, măcinare, tip 3B634);
• șlefuitor de suprafață (modelul 3Е711В);
• Șurubelniță (model 16P16).
• Discuri de tăiere (GOST 21963);
• roți abrazive electrocorundante (legătura ceramică cu granulația 50, duritatea St2, GOST 2424);
• Măcinarea pielii (hârtie, tip 2, SB-140 clasa (P6), SB-240 (P8), BSH200 (P7), condensat - normal granulat 50-12, GOST 6456);
• alcool etilic tehnic (rectificat, GOST 18300);
• amestec de argon și metan.

GOST permite ca alte materiale și echipamente care pot oferi o analiză precisă să poată fi utilizate.

Pregătirea și prelevarea de probe conform GOST

Analiza fluorescenței în raze X a metalelor înainte de analiză presupune pregătirea unui eșantion special pentru investigații ulterioare.

Pregătirea se efectuează în ordinea corespunzătoare:

1. Suprafața care va fi iradiată este ascuțită. Dacă este necesar, ștergeți cu alcool.
2. Eșantionul este presat ferm împotriva deschiderii receptorului. Dacă suprafața eșantionului nu este suficientă, se folosesc restricționarea specială.
3. Spectrometrul este preparat în conformitate cu instrucțiunile de utilizare.
4. Spectrometrul cu raze X este calibrat cu un eșantion standard, care corespunde GOST 8.315. De asemenea, probele omogene pot fi utilizate pentru calibrare.
5. Absolvirea primară se realizează de cel puțin cinci ori. Acest lucru se face în timpul funcționării spectrometrului în zile diferite.
6. La efectuarea unei calibrări repetate, este posibilă utilizarea a două serii de calibrări.

Analiza rezultatelor și procesarea

Metoda de analiză a fluorescenței cu raze X în conformitate cu GOST presupune performanța a două serii de măsurări paralele pentru a obține un semnal analitic al fiecărui element care este monitorizat.

Se poate folosi expresia valorii rezultatelor analitice și discrepanța măsurătorilor paralele. În unitățile de măsură ale scării se exprimă datele obținute prin intermediul caracteristicilor de gradient.

Dacă divergența permisă depășește măsurătorile paralele, atunci analiza trebuie repetată.

De asemenea, este posibil să se efectueze o măsurătoare. În acest caz, două măsurători sunt luate în paralel cu o singură probă din lotul analizat.

Rezultatul final este media aritmetică a două măsurări efectuate în paralel sau rezultatul unei măsurători singulare.

Dependența rezultatelor de calitatea eșantionului

Pentru analiza fluorescenței cu raze X, limita este relativă numai față de substanța în care elementul este detectat. Pentru substanțele diferite, domeniul de aplicare al detectării cantitative a elementelor este diferit.

Un număr atomic pe care un element îl poate juca este de o mare importanță. Dacă alte lucruri sunt egale, este mai dificil să se determine elementele luminoase, iar cele mai grele sunt mai ușoare. În plus, același element este mai ușor de determinat într-o matrice ușoară, decât într-o matrice greu.

În consecință, metoda depinde de calitatea probei numai în măsura în care elementul din compoziția sa poate fi conținut.