XRF (røntgenfluorescensanalyse) er en fysisk analysemetode, der direkte bestemmer næsten alle kemiske grundstoffer i pulver, flydende og faste materialer.
Fordelene ved metoden
Denne metode er universel, da den er baseret på hurtig og nem prøveforberedelse. Metoden har været meget brugt i industrien, inden for videnskabelig forskning. Røntgenfluorescensanalysemetoden har et enormt potentiale, nyttig i meget komplekse analyser af forskellige miljøobjekter, såvel som i kvalitetskontrol af fremstillede produkter og i analyse af færdige produkter og råmaterialer.
Historie
Røntgenfluorescensanalyse blev først beskrevet i 1928 af to videnskabsmænd - Glocker og Schreiber. Selve enheden blev først skabt i 1948 af forskerne Friedman og Burks. Som detektor tog de en geigertæller, som viste høj følsomhed med hensyn til atomnummeret på grundstoffets kerne.
Helium- eller vakuummediet i forskningsmetoden begyndte at blive brugt i 1960. De blev brugt til at bestemme lyselementer. Begyndte også at bruge fluorkrystallerlithium. De blev brugt til diffraktion. Rhodium- og kromrør blev brugt til at excitere bølgebåndet.
Si(Li) - siliciumlithiumdriftdetektor blev opfundet i 1970. Det gav høj datafølsomhed og krævede ikke brug af en krystallisator. Imidlertid var energiopløsningen af dette instrument værre.
Automatisk analytisk del og proceskontrol overført til maskinen med fremkomsten af computere. Styringen blev udført fra panelet på instrumentet eller computerens tastatur. Analysatorer blev så populære, at de blev inkluderet i Apollo 15- og Apollo 16-missionerne.
I øjeblikket er rumstationer og skibe, der sendes ud i rummet, udstyret med disse enheder. Dette giver dig mulighed for at identificere og analysere den kemiske sammensætning af klipperne på andre planeter.
Method Essence
Essensen af røntgenfluorescensanalyse er at udføre en fysisk analyse. Det er muligt på denne måde at analysere både faste stoffer (glas, metal, keramik, kul, sten, plast) og væsker (olie, benzin, opløsninger, maling, vin og blod). Metoden giver dig mulighed for at bestemme meget små koncentrationer på ppm-niveau (en del per million). Store prøver, op til 100 %, er også tilgængelige for forskning.
Denne analyse er hurtig, sikker og ikke-destruktiv for miljøet. Det har høj reproducerbarhed af resultater og datanøjagtighed. Metoden tillader semi-kvantitativ, kvalitativ og kvantitativ påvisning af alle elementer, der er i prøven.
essensen af røntgenfluorescensanalysemetodenenkel og forståelig. Hvis man lader terminologien ligge og forsøger at forklare metoden på en mere enkel måde, så viser det sig. At analysen udføres på baggrund af en sammenligning af den stråling, der følger af bestrålingen af et atom.
Der er et sæt standarddata, som allerede er kendt. Ved at sammenligne resultaterne med disse data konkluderer forskerne, hvad sammensætningen af prøven er.
Simpelheden og tilgængeligheden af moderne enheder gør det muligt at bruge dem i undervandsforskning, rumfart, forskellige undersøgelser inden for kultur og kunst.
Arbejdsprincip
Denne metode er baseret på analysen af spektret, som opnås ved at eksponere det materiale, der skal undersøges, med røntgenstråler.
Under bestråling opnår atomet en exciteret tilstand, som er ledsaget af overgangen af elektroner til kvanteniveauer af en højere orden. Atomet forbliver i denne tilstand i meget kort tid, omkring 1 mikrosekund, og derefter vender det tilbage til sin grundtilstand (stille position). På dette tidspunkt udfylder elektronerne på de ydre skaller enten de ledige steder og frigiver den overskydende energi i form af fotoner eller overfører energi til andre elektroner placeret på de ydre skaller (de kaldes Auger-elektroner). På dette tidspunkt udsender hvert atom en fotoelektron, hvis energi har en streng værdi. For eksempel udsender jern, når det udsættes for røntgenstråler, fotoner lig med Kα eller 6,4 keV. I overensstemmelse hermed kan man ud fra antallet af kvanter og energi bedømme stoffets struktur.
Strålingskilde
Røntgenfluorescensmetoden til metalanalyse bruger både isotoper af forskellige grundstoffer og røntgenrør som en kilde til heling. Hvert land har forskellige krav til henholdsvis eksport og import af emitterende isotoper, i industrien til produktion af sådant udstyr foretrækker de at bruge et røntgenrør.
Sådanne rør leveres med kobber, sølv, rhodium, molybdæn eller andre anoder. I nogle situationer vælges anoden afhængigt af opgaven.
Strøm og spænding er forskellige for forskellige elementer. Det er nok at undersøge lette elementer med en spænding på 10 kV, tunge - 40-50 kV, medium - 20-30 kV.
Under studiet af lette elementer har den omgivende atmosfære en enorm indflydelse på spektret. For at reducere denne effekt placeres prøven i et specielt kammer i et vakuum, eller rummet er fyldt med helium. Det exciterede spektrum optages af en speciel enhed - en detektor. Nøjagtigheden af adskillelse af fotoner af forskellige elementer fra hinanden afhænger af, hvor høj detektorens spektrale opløsning er. Nu er den mest nøjagtige opløsning på niveauet 123 eV. En røntgenfluorescensanalyse udføres af en enhed med en sådan rækkevidde med en nøjagtighed på op til 100%.
Efter at fotoelektronen er blevet omdannet til en spændingsimpuls, som tælles af speciel tælleelektronik, sendes den til computeren. Ud fra toppene af spektret, som gav røntgenfluorescensanalyse, er det let kvalitativt at bestemme, hvilkender er elementer i den undersøgte prøve. For nøjagtigt at bestemme det kvantitative indhold er det nødvendigt at studere det resulterende spektrum i et specielt kalibreringsprogram. Programmet er på forhånd lavet. Til dette bruges prototyper, hvis sammensætning er kendt på forhånd med høj nøjagtighed.
For at sige det enkelt sammenlignes det opnåede spektrum af det undersøgte stof simpelthen med det kendte. Således opnås information om stoffets sammensætning.
Opportunities
Røntgenfluorescensanalysemetode giver dig mulighed for at analysere:
- prøver, hvis størrelse eller masse er ubetydelig (100-0,5 mg);
- betydelig reduktion af grænser (1-2 lavere end XRF);
- analyse, der tager højde for variationer i kvanteenergi.
Tykkelsen af prøven, der skal undersøges, bør ikke overstige 1 mm.
I tilfælde af en sådan stikprøvestørrelse er det muligt at undertrykke sekundære processer i stikprøven, blandt hvilke:
- multiple Compton-spredning, som markant udvider toppen i lette matricer;
- bremsstrahlung af fotoelektroner (bidrager til baggrundsplateauet);
- inter-element excitation samt fluorescensabsorption, som kræver inter-element korrektion under spektrumbehandling.
Ulemper ved metoden
En af de væsentlige ulemper er kompleksiteten, der følger med fremstillingen af tynde prøver, samt strenge krav til materialets struktur. Til forskning skal prøven være meget fint spredt og meget ensartet.
En anden ulempe er, at metoden er stærkt bundet til standarder (referenceeksempler). Denne funktion er iboende i alle ikke-destruktive metoder.
Anvendelse af metode
Røntgenfluorescensanalyse er blevet udbredt i mange områder. Det bruges ikke kun i videnskab eller industri, men også inden for kultur og kunst.
Brugt i:
- miljøbeskyttelse og økologi til bestemmelse af tungmetaller i jord, samt til påvisning af dem i vand, nedbør, forskellige aerosoler;
- mineralogi og geologi udfører kvantitative og kvalitative analyser af mineraler, jordbund, klipper;
- kemisk industri og metallurgi - kontroller kvaliteten af råvarer, færdige produkter og produktionsprocessen;
- malingsindustrien - analyser blymaling;
- smykkeindustrien - mål koncentrationen af ædle metaller;
- olieindustrien - bestemme graden af forurening af olie og brændstof;
- fødevareindustrien - identificer giftige metaller i fødevarer og ingredienser;
- agriculture - analyser sporstoffer i forskellige jordarter, såvel som i landbrugsprodukter;
- arkæologi - udfør elementaranalyse, samt datering af fund;
- kunst - de studerer skulpturer, malerier, undersøger genstande og analyserer dem.
Spøgelsesforlig
Røntgenfluorescensanalyse GOST 28033 - 89 har reguleret siden 1989. Dokumentalle spørgsmål vedrørende proceduren registreres. Selvom der er taget mange skridt gennem årene for at forbedre metoden, er dokumentet stadig relevant.
Ifølge GOST er proportionerne af de undersøgte materialer fastlagt. Dataene vises i en tabel.
Tabel 1. Forholdet mellem massebrøker
| Defineret element | Massebrøk, % |
| Svovl | Fra 0,002 til 0,20 |
| Silicon | "0.05 " 5.0 |
| molybdæn | "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 udstyr
Røntgenfluorescensspektralanalyse udføres vhasærligt udstyr, metoder og midler. Blandt udstyr og materialer, der bruges i GOST, er anført:
- flerkanal- og scanningsspektrometre;
- slibe- og smergelmaskine (slibning og slibning, type 3B634);
- overfladesliber (model 3E711B);
- skrueskærende drejebænk (model 16P16).
- skærehjul (GOST 21963);
- electrocorundum slibeskiver (keramisk binding, kornstørrelse 50, hårdhed St2, GOST 2424);
- slibepapir (papirbund, 2. type, mærke BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorund - normal, kornstørrelse 50-12, GOST 6456);
- teknisk ethylalkohol (rettet, GOST 18300);
- argon-methanblanding.
GOST indrømmer, at andre materialer og apparater kan bruges til at give nøjagtige analyser.
Forberedelse og prøveudtagning i henhold til GOST
Røntgenfluorescensanalyse af metaller før analyse involverer speciel prøveforberedelse til yderligere forskning.
Forberedelse udføres i den rigtige rækkefølge:
- Overfladen, der skal bestråles, er skærpet. Tør om nødvendigt af med alkohol.
- Samplen presses tæt mod modtagerens åbning. Hvis prøveoverfladen ikke er nok, bruges specielle begrænsere.
- Spektrometret er forberedt til drift i henhold til brugsanvisningen.
- Røntgenspektrometeret er kalibreret ved hjælp af en standardprøve, der overholder GOST 8.315. Homogene prøver kan også bruges til kalibrering.
- Primær graduering udføres mindst fem gange. I dette tilfælde gøres dette under driften af spektrometeret på forskellige dage.
- Når der udføres gentagne kalibreringer, er det muligt at bruge to serier af kalibreringer.
Resultatanalyse og behandling
Metoden til røntgenfluorescensanalyse ifølge GOST involverer udførelse af to serier af parallelle målinger for at opnå et analytisk signal for hvert element under kontrol.
Det er tilladt at bruge udtryk for værdien af det analytiske resultat og uoverensstemmelsen i parallelle målinger. I måleenheder udtrykker skalaerne de opnåede data ved hjælp af kalibreringsegenskaberne.
Hvis den tilladte uoverensstemmelse overstiger parallelle målinger, skal analysen gentages.
Én måling er også mulig. I dette tilfælde udføres to målinger parallelt med hensyn til én prøve fra det analyserede parti.
Det endelige resultat er det aritmetiske gennemsnit af to målinger taget parallelt, eller resultatet af én måling alene.
Resultaternes afhængighed af prøvekvalitet
For røntgenfluorescensanalyse gælder grænsen kun for det stof, hvori grundstoffet er påvist. For forskellige stoffer er grænserne for kvantitativ påvisning af grundstoffer forskellige.
Atomnummeret, som et grundstof har, kan spille en stor rolle. Alt andet lige er det sværere at bestemme lette elementer, og tunge elementer er nemmere. Det samme element er også lettere at identificere i en let matrix end i en tung.
Følgelig afhænger metoden kun af kvaliteten af prøven i det omfang, elementet kan indgå i dets sammensætning.
