XRF (analisis pendarfluor sinar-X) ialah kaedah analisis fizikal yang secara langsung menentukan hampir semua unsur kimia dalam serbuk, cecair dan bahan pepejal.
Faedah kaedah
Kaedah ini bersifat universal kerana ia berdasarkan penyediaan sampel yang cepat dan mudah. Kaedah ini telah digunakan secara meluas dalam industri, dalam bidang penyelidikan saintifik. Kaedah analisis pendarfluor sinar-X mempunyai potensi yang sangat besar, berguna dalam analisis yang sangat kompleks terhadap pelbagai objek persekitaran, serta dalam kawalan kualiti produk perkilangan dan dalam analisis produk siap dan bahan mentah.
Sejarah
Analisis pendarfluor sinar-X pertama kali diterangkan pada tahun 1928 oleh dua saintis - Glocker dan Schreiber. Peranti itu sendiri dicipta hanya pada tahun 1948 oleh saintis Friedman dan Burks. Sebagai pengesan, mereka mengambil pembilang Geiger, yang menunjukkan kepekaan yang tinggi berkenaan dengan nombor atom nukleus unsur itu.
Medium helium atau vakum dalam kaedah penyelidikan mula digunakan pada tahun 1960. Mereka digunakan untuk menentukan unsur cahaya. Juga mula menggunakan kristal fluoridalitium. Mereka digunakan untuk pembelauan. Tiub rhodium dan kromium digunakan untuk merangsang jalur gelombang.
Si(Li) - pengesan hanyutan litium silikon telah dicipta pada tahun 1970. Ia memberikan sensitiviti data yang tinggi dan tidak memerlukan penggunaan penghabluran. Walau bagaimanapun, peleraian tenaga instrumen ini lebih teruk.
Bahagian analitikal automatik dan kawalan proses dipindahkan ke mesin dengan kemunculan komputer. Kawalan telah dijalankan dari panel pada instrumen atau papan kekunci komputer. Penganalisis menjadi begitu popular sehingga mereka dimasukkan ke dalam misi Apollo 15 dan Apollo 16.
Pada masa ini, stesen angkasa dan kapal yang dilancarkan ke angkasa lepas dilengkapi dengan peranti ini. Ini membolehkan anda mengenal pasti dan menganalisis komposisi kimia batuan planet lain.
Intipati Kaedah
Intipati analisis pendarfluor sinar-X adalah untuk menjalankan analisis fizikal. Ia adalah mungkin untuk menganalisis dengan cara ini kedua-dua pepejal (kaca, logam, seramik, arang batu, batu, plastik) dan cecair (minyak, petrol, larutan, cat, wain dan darah). Kaedah ini membolehkan anda menentukan kepekatan yang sangat kecil, pada tahap ppm (satu bahagian per juta). Sampel yang besar, sehingga 100%, juga boleh diselidik.
Analisis ini pantas, selamat dan tidak merosakkan alam sekitar. Ia mempunyai kebolehulangan tinggi hasil dan ketepatan data. Kaedah ini membolehkan pengesanan separa kuantitatif, kualitatif dan kuantitatif semua elemen yang terdapat dalam sampel.
Intipati kaedah analisis pendarfluor sinar-Xmudah dan boleh difahami. Jika anda meninggalkan istilah itu dan cuba menerangkan kaedah dengan cara yang lebih mudah, maka ternyata. Bahawa analisis dijalankan berdasarkan perbandingan sinaran yang terhasil daripada penyinaran atom.
Terdapat set data standard yang sudah diketahui. Dengan membandingkan keputusan dengan data ini, saintis membuat kesimpulan tentang komposisi sampel itu.
Kesederhanaan dan kebolehcapaian peranti moden membolehkannya digunakan dalam penyelidikan bawah air, angkasa lepas, pelbagai kajian dalam bidang budaya dan seni.
Prinsip kerja
Kaedah ini berdasarkan analisis spektrum, yang diperoleh dengan mendedahkan bahan yang akan diperiksa oleh sinar-X.
Semasa penyinaran, atom memperoleh keadaan teruja, yang disertai dengan peralihan elektron ke tahap kuantum yang lebih tinggi. Atom kekal dalam keadaan ini untuk masa yang sangat singkat, kira-kira 1 mikrosaat, dan selepas itu ia kembali ke keadaan asasnya (kedudukan senyap). Pada masa ini, elektron yang terletak pada kulit luar sama ada mengisi tempat yang kosong, dan melepaskan tenaga yang berlebihan dalam bentuk foton, atau memindahkan tenaga kepada elektron lain yang terletak pada kulit luar (ia dipanggil elektron Auger). Pada masa ini, setiap atom mengeluarkan fotoelektron, tenaga yang mempunyai nilai yang ketat. Sebagai contoh, besi, apabila terdedah kepada sinar-X, memancarkan foton bersamaan dengan Kα, atau 6.4 keV. Sehubungan itu, dengan bilangan kuanta dan tenaga, seseorang boleh menilai struktur jirim.
Sumber sinaran
Kaedah pendarfluor sinar-X bagi analisis logam menggunakan kedua-dua isotop pelbagai unsur dan tiub sinar-X sebagai sumber untuk penyembuhan. Setiap negara mempunyai keperluan yang berbeza untuk eksport dan import isotop pemancar, masing-masing, dalam industri untuk pengeluaran peralatan tersebut, mereka lebih suka menggunakan tiub sinar-X.
Tiub sedemikian disertakan dengan kuprum, perak, rhodium, molibdenum atau anod lain. Dalam sesetengah situasi, anod dipilih bergantung pada tugasan.
Arus dan voltan adalah berbeza untuk elemen yang berbeza. Cukup untuk menyiasat unsur ringan dengan voltan 10 kV, berat - 40-50 kV, sederhana - 20-30 kV.
Semasa kajian unsur cahaya, suasana sekeliling mempunyai kesan yang besar pada spektrum. Untuk mengurangkan kesan ini, sampel dalam ruang khas diletakkan di dalam vakum atau ruang diisi dengan helium. Spektrum teruja direkodkan oleh peranti khas - pengesan. Ketepatan pemisahan foton unsur yang berbeza antara satu sama lain bergantung pada seberapa tinggi resolusi spektrum pengesan. Kini yang paling tepat ialah resolusi pada tahap 123 eV. Analisis pendarfluor sinar-X dijalankan oleh peranti dengan julat sedemikian dengan ketepatan sehingga 100%.
Selepas fotoelektron ditukar kepada nadi voltan, yang dikira oleh elektronik pengiraan khas, ia dihantar ke komputer. Dari puncak spektrum, yang memberikan analisis pendarfluor sinar-X, adalah mudah untuk menentukan secara kualitatif yangterdapat unsur dalam sampel yang dikaji. Untuk menentukan kandungan kuantitatif dengan tepat, adalah perlu untuk mengkaji spektrum yang terhasil dalam program penentukuran khas. Program ini telah dibuat terlebih dahulu. Untuk ini, prototaip digunakan, yang komposisinya diketahui terlebih dahulu dengan ketepatan yang tinggi.
Ringkasnya, spektrum bahan yang dikaji yang diperolehi dibandingkan dengan bahan yang diketahui. Oleh itu, maklumat tentang komposisi bahan diperolehi.
Peluang
Kaedah analisis pendarfluor sinar-X membolehkan anda menganalisis:
- sampel yang saiz atau jisimnya boleh diabaikan (100-0.5 mg);
- pengurangan ketara dalam had (lebih rendah sebanyak 1-2 susunan magnitud daripada XRF);
- analisis dengan mengambil kira variasi dalam tenaga kuantum.
Ketebalan sampel yang akan diperiksa hendaklah tidak melebihi 1 mm.
Dalam kes saiz sampel sedemikian, adalah mungkin untuk menyekat proses sekunder dalam sampel, antaranya:
- serakan Compton berbilang, yang meluaskan puncak dalam matriks cahaya dengan ketara;
- bremsstrahlung fotoelektron (menyumbang kepada dataran latar belakang);
- pengujaan antara elemen serta penyerapan pendarfluor yang memerlukan pembetulan antara elemen semasa pemprosesan spektrum.
Kelemahan kaedah
Salah satu kelemahan yang ketara ialah kerumitan yang mengiringi penyediaan sampel nipis, serta keperluan ketat untuk struktur bahan. Untuk penyelidikan, sampel mestilah tersebar dengan sangat halus dan sangat seragam.
Satu lagi kelemahan ialah kaedah ini sangat terikat dengan piawaian (sampel rujukan). Ciri ini wujud dalam semua kaedah tidak merosakkan.
Aplikasi kaedah
Analisis pendarfluor sinar-X telah tersebar luas di banyak kawasan. Ia digunakan bukan sahaja dalam sains atau industri, tetapi juga dalam bidang budaya dan seni.
Digunakan dalam:
- perlindungan alam sekitar dan ekologi untuk penentuan logam berat dalam tanah, serta untuk pengesanan mereka dalam air, kerpasan, pelbagai aerosol;
- mineralogi dan geologi menjalankan analisis kuantitatif dan kualitatif mineral, tanah, batu;
- industri kimia dan metalurgi - mengawal kualiti bahan mentah, produk siap dan proses pengeluaran;
- industri cat - analisis cat plumbum;
- industri barang kemas - ukur kepekatan logam berharga;
- industri minyak - tentukan tahap pencemaran minyak dan bahan api;
- industri makanan - kenal pasti logam toksik dalam makanan dan ramuan;
- pertanian - menganalisis unsur surih dalam pelbagai tanah, serta dalam produk pertanian;
- arkeologi - menjalankan analisis unsur, serta pentarikhan penemuan;
- seni - mereka mengkaji arca, lukisan, memeriksa objek dan menganalisisnya.
Petempatan hantu
Analisis pendarfluor sinar-X GOST 28033 - 89 telah mengawal selia sejak 1989. Dokumensemua soalan mengenai prosedur didaftarkan. Walaupun banyak langkah telah diambil selama bertahun-tahun untuk menambah baik kaedah, dokumen itu masih relevan.
Menurut GOST, perkadaran bahan yang dikaji ditetapkan. Data dipaparkan dalam jadual.
Jadual 1. Nisbah pecahan jisim
| Elemen ditakrifkan | Pecahan jisim, % |
| Sulfur | Dari 0.002 hingga 0.20 |
| Silikon | "0.05 " 5.0 |
| Molibdenum | "0.05 " 10.0 |
| Titanium | "0, 01 " 5, 0 |
| Kob 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 |
| Fosforus | "0.002 " 0.20 |
Peralatan yang digunakan
Analisis spektrum pendarfluor sinar-X dijalankan menggunakanperalatan, kaedah dan cara khas. Antara peralatan dan bahan yang digunakan dalam GOST disenaraikan:
- spektrometer berbilang saluran dan pengimbasan;
- mesin pengisar dan ampelas (pengisaran dan pengisaran, jenis 3B634);
- pengisar permukaan (Model 3E711B);
- pelarik pemotong skru (model 16P16).
- roda pemotong (GOST 21963);
- roda pelelas electrocorundum (ikatan seramik, saiz butiran 50, kekerasan St2, GOST 2424);
- kertas pengamplasan (asas kertas, jenis ke-2, jenama BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), electrocorundum - biasa, saiz butiran 50-12, GOST 6456);
- etil alkohol teknikal (dibetulkan, GOST 18300);
- campuran argon-metana.
GOST mengakui bahawa bahan dan radas lain boleh digunakan untuk memberikan analisis yang tepat.
Penyediaan dan pensampelan mengikut GOST
Analisis pendarfluor sinar-X bagi logam sebelum analisis melibatkan penyediaan sampel khas untuk penyelidikan lanjut.
Penyediaan dijalankan mengikut susunan yang sesuai:
- Permukaan yang hendak disinari dipertajam. Jika perlu, lap dengan alkohol.
- Sampel ditekan rapat pada bukaan penerima. Jika permukaan sampel tidak mencukupi, maka pengehad khas digunakan.
- Spektrometer disediakan untuk operasi mengikut arahan untuk digunakan.
- Spektrometer sinar-X ditentukur menggunakan sampel standard yang mematuhi GOST 8.315. Sampel homogen juga boleh digunakan untuk penentukuran.
- Kelulusan peringkat rendah dijalankan sekurang-kurangnya lima kali. Dalam kes ini, ini dilakukan semasa operasi spektrometer pada hari yang berbeza.
- Apabila menjalankan penentukuran berulang, anda boleh menggunakan dua siri penentukuran.
Analisis dan pemprosesan hasil
Kaedah analisis pendarfluor sinar-X mengikut GOST melibatkan prestasi dua siri ukuran selari untuk mendapatkan isyarat analisis setiap elemen di bawah kawalan.
Ia dibenarkan menggunakan ungkapan nilai hasil analisis dan percanggahan ukuran selari. Dalam unit ukuran, skala menyatakan data yang diperoleh menggunakan ciri penentukuran.
Jika percanggahan yang dibenarkan melebihi ukuran selari, maka analisis mesti diulang.
Satu ukuran juga boleh dilakukan. Dalam kes ini, dua pengukuran dijalankan secara selari berkenaan dengan satu sampel daripada lot yang dianalisis.
Hasil akhir ialah min aritmetik bagi dua ukuran yang diambil secara selari, atau hasil satu ukuran sahaja.
Pergantungan keputusan pada kualiti sampel
Untuk analisis pendarfluor sinar-X, had hanya terpakai kepada bahan di mana unsur itu dikesan. Untuk bahan yang berbeza, had pengesanan kuantitatif unsur adalah berbeza.
Nombor atom yang ada pada unsur boleh memainkan peranan yang besar. Perkara lain adalah sama, lebih sukar untuk menentukan unsur ringan, dan unsur berat lebih mudah. Selain itu, elemen yang sama lebih mudah dikenal pasti dalam matriks ringan berbanding dengan matriks berat.
Oleh itu, kaedah bergantung pada kualiti sampel hanya setakat unsur itu boleh terkandung dalam komposisinya.
