XRF (röntgenová fluorescenčná analýza) je metóda fyzikálnej analýzy, ktorá priamo určuje takmer všetky chemické prvky v práškových, tekutých a pevných materiáloch.
Výhody metódy
Táto metóda je univerzálna, pretože je založená na rýchlej a jednoduchej príprave vzorky. Metóda bola široko používaná v priemysle, v oblasti vedeckého výskumu. Röntgenová fluorescenčná metóda analýzy má obrovský potenciál, využiteľná pri veľmi komplexnej analýze rôznych environmentálnych objektov, ako aj pri kontrole kvality vyrábaných produktov a pri analýze hotových produktov a surovín.
História
Röntgenová fluorescenčná analýza bola prvýkrát opísaná v roku 1928 dvoma vedcami - Glockerom a Schreiberom. Samotné zariadenie vytvorili až v roku 1948 vedci Friedman a Burks. Ako detektor použili Geigerov počítač, ktorý vykazoval vysokú citlivosť vzhľadom na atómové číslo jadra prvku.
Hélium alebo vákuové médium sa vo výskumnej metóde začalo používať v roku 1960. Boli použité na určenie svetelných prvkov. Tiež sa začali používať kryštály fluoridulítium. Boli použité na difrakciu. Na vybudenie vlnového pásma boli použité ródiové a chrómové trubice.
Si(Li) - kremíkový lítiový driftový detektor bol vynájdený v roku 1970. Poskytoval vysokú citlivosť údajov a nevyžadoval použitie kryštalizátora. Energetické rozlíšenie tohto nástroja však bolo horšie.
Automatizované riadenie analytických častí a procesov prenesené na stroj s príchodom počítačov. Ovládanie sa vykonávalo z panelu na prístroji alebo z klávesnice počítača. Analyzátory sa stali tak populárne, že boli zahrnuté do misií Apollo 15 a Apollo 16.
V súčasnosti sú vesmírne stanice a lode vypustené do vesmíru vybavené týmito zariadeniami. To vám umožňuje identifikovať a analyzovať chemické zloženie hornín iných planét.
Podstata metódy
Podstatou röntgenovej fluorescenčnej analýzy je vykonať fyzikálnu analýzu. Týmto spôsobom je možné analyzovať pevné látky (sklo, kov, keramika, uhlie, hornina, plasty) aj kvapaliny (ropa, benzín, roztoky, farby, víno a krv). Metóda vám umožňuje určiť veľmi malé koncentrácie na úrovni ppm (jedna časť na milión). Veľké vzorky, až 100%, sú tiež prístupné výskumu.
Táto analýza je rýchla, bezpečná a nedeštruktívna pre životné prostredie. Má vysokú reprodukovateľnosť výsledkov a presnosť údajov. Metóda umožňuje semikvantitatívnu, kvalitatívnu a kvantitatívnu detekciu všetkých prvkov, ktoré sú vo vzorke.
Podstata röntgenovej fluorescenčnej metódy analýzyjednoduché a zrozumiteľné. Ak necháte terminológiu bokom a pokúsite sa vysvetliť metódu jednoduchším spôsobom, potom to dopadá. Že analýza sa vykonáva na základe porovnania žiarenia, ktoré je výsledkom ožiarenia atómu.
Existuje súbor štandardných údajov, ktoré sú už známe. Porovnaním výsledkov s týmito údajmi vedci dospeli k záveru, aké je zloženie vzorky.
Jednoduchosť a dostupnosť moderných zariadení umožňuje ich využitie pri podmorskom výskume, vesmíre, rôznych štúdiách v oblasti kultúry a umenia.
Princíp činnosti
Táto metóda je založená na analýze spektra, ktoré sa získa vystavením skúmaného materiálu röntgenovým žiarením.
Počas ožarovania získava atóm excitovaný stav, ktorý je sprevádzaný prechodom elektrónov na kvantové úrovne vyššieho rádu. Atóm zostane v tomto stave veľmi krátky čas, asi 1 mikrosekundu, a potom sa vráti do základného stavu (tichá poloha). V tomto čase elektróny umiestnené na vonkajších obaloch buď vyplnia voľné miesta a uvoľnia prebytočnú energiu vo forme fotónov, alebo prenesú energiu na iné elektróny umiestnené na vonkajších obaloch (nazývajú sa Augerove elektróny). V tomto čase každý atóm vyžaruje fotoelektrón, ktorého energia má prísnu hodnotu. Napríklad železo, keď je vystavené röntgenovému žiareniu, emituje fotóny rovné Kα alebo 6,4 keV. Podľa počtu kvánt a energie sa dá posúdiť štruktúra hmoty.
Zdroj žiarenia
Röntgenová fluorescenčná metóda analýzy kovov využíva ako zdroj na liečenie izotopy rôznych prvkov, tak aj röntgenové trubice. Každá krajina má iné požiadavky na vývoz, respektíve dovoz emitujúcich izotopov, v priemysle na výrobu takýchto zariadení uprednostňujú použitie röntgenovej trubice.
Takéto elektrónky sa dodávajú s medenými, striebornými, ródiovými, molybdénovými alebo inými anódami. V niektorých situáciách sa anóda vyberá v závislosti od úlohy.
Prúd a napätie sa pre rôzne prvky líšia. Stačí skúmať ľahké prvky s napätím 10 kV, ťažké - 40-50 kV, stredné - 20-30 kV.
Počas štúdia svetelných prvkov má okolitá atmosféra obrovský vplyv na spektrum. Na zníženie tohto efektu sa vzorka v špeciálnej komore umiestni do vákua alebo sa priestor naplní héliom. Vybudené spektrum zaznamenáva špeciálny prístroj – detektor. Presnosť oddelenia fotónov rôznych prvkov od seba závisí od toho, aké vysoké je spektrálne rozlíšenie detektora. Teraz je najpresnejšie rozlíšenie na úrovni 123 eV. Röntgenová fluorescenčná analýza sa vykonáva pomocou zariadenia s takýmto rozsahom s presnosťou až 100 %.
Po premene fotoelektrónu na napäťový impulz, ktorý počíta špeciálna počítacia elektronika, sa tento prenesie do počítača. Z vrcholov spektra, ktoré poskytli röntgenovú fluorescenčnú analýzu, je ľahké kvalitatívne určiť, ktorév skúmanej vzorke sú prvky. Pre presné určenie kvantitatívneho obsahu je potrebné preštudovať výsledné spektrum v špeciálnom kalibračnom programe. Program je vopred vytvorený. Na to sa používajú prototypy, ktorých zloženie je s vysokou presnosťou vopred známe.
Zjednodušene povedané, získané spektrum skúmanej látky sa jednoducho porovnáva so známym. Takto sa získajú informácie o zložení látky.
Príležitosti
Metóda röntgenovej fluorescenčnej analýzy vám umožňuje analyzovať:
- vzorky, ktorých veľkosť alebo hmotnosť je zanedbateľná (100 – 0,5 mg);
- významné zníženie limitov (nižšie o 1-2 rády ako XRF);
- analýza zohľadňujúca variácie kvantovej energie.
Hrúbka skúmanej vzorky by nemala presiahnuť 1 mm.
V prípade takejto veľkosti vzorky je možné potlačiť sekundárne procesy vo vzorke, medzi ktoré patria:
- viacnásobný Comptonov rozptyl, ktorý výrazne rozširuje vrchol vo svetelných matriciach;
- bremsstrahlung fotoelektrónov (prispieva k plató pozadia);
- excitácia medzi prvkami, ako aj absorpcia fluorescencie, ktorá si vyžaduje korekciu medzi prvkami počas spracovania spektra.
Nevýhody metódy
Jednou z významných nevýhod je zložitosť, ktorá sprevádza prípravu tenkých vzoriek, ako aj prísne požiadavky na štruktúru materiálu. Pre výskum musí byť vzorka veľmi jemne rozptýlená a vysoko jednotná.
Ďalšou nevýhodou je, že metóda je silne viazaná na štandardy (referenčné vzorky). Táto funkcia je vlastná všetkým nedeštruktívnym metódam.
Uplatnenie metódy
Röntgenová fluorescenčná analýza sa rozšírila v mnohých oblastiach. Používa sa nielen vo vede či priemysle, ale aj v oblasti kultúry a umenia.
Používa sa v:
- ochrana životného prostredia a ekológia pre stanovenie ťažkých kovov v pôdach, ako aj pre ich detekciu vo vode, zrážkach, rôznych aerosóloch;
- mineralógia a geológia vykonávajú kvantitatívnu a kvalitatívnu analýzu minerálov, pôd, hornín;
- chemický priemysel a metalurgia – kontrola kvality surovín, hotových výrobkov a výrobného procesu;
- priemysel farieb – analyzujte olovenú farbu;
- klenotnícky priemysel – meranie koncentrácie drahých kovov;
- ropný priemysel – určite stupeň kontaminácie ropy a paliva;
- potravinársky priemysel – identifikujte toxické kovy v potravinách a prísadách;
- poľnohospodárstvo - analýza stopových prvkov v rôznych pôdach, ako aj v poľnohospodárskych produktoch;
- archeológia - vykonávať elementárnu analýzu, ako aj datovanie nálezov;
- umenie – študujú sochy, maľby, skúmajú predmety a analyzujú ich.
osídlenie duchov
Röntgenová fluorescenčná analýza GOST 28033 - 89 sa riadi od roku 1989. dokumentvšetky otázky týkajúce sa postupu sú registrované. Hoci sa v priebehu rokov vykonalo mnoho krokov na zlepšenie metódy, dokument je stále relevantný.
Podľa GOST sú stanovené proporcie študovaných materiálov. Údaje sú zobrazené v tabuľke.
Tabuľka 1. Pomer hmotnostných zlomkov
| Definovaný prvok | Hmotnostný zlomok, % |
| Síra | Od 0,002 do 0,20 |
| Silicon | "0,05" 5,0 |
| Molybdén | "0,05" 10,0 |
| Titan | "0, 01" 5, 0 |
| Kob alt | "0,05" 20,0 |
| Chrome | "0,05" 35,0 |
| Niób | "0, 01" 2, 0 |
| Mangán | "0,05" 20,0 |
| Vanádium | "0, 01" 5, 0 |
| Tungsten | "0,05" 20,0 |
| Phosphorus | "0,002 " 0,20 |
Použité vybavenie
Rôntgenová fluorescenčná spektrálna analýza sa vykonáva pomocoušpeciálne vybavenie, metódy a prostriedky. Medzi zariadeniami a materiálmi používanými v GOST sú uvedené:
- multikanálové a skenovacie spektrometre;
- brúska a šmirgľový stroj (brúska a brúsenie, typ 3B634);
- povrchová brúska (model 3E711B);
- skrutkovací sústruh (model 16P16).
- rezné kolesá (GOST 21963);
- elektrokorundové brúsne kotúče (keramické spojivo, zrnitosť 50, tvrdosť St2, GOST 2424);
- brúsny papier (papierová základňa, 2. typ, značka BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorund - normálny, zrnitosť 50-12, GOST 6456);
- technický etylalkohol (rektifikovaný, GOST 18300);
- zmes argónu a metánu.
GOST pripúšťa, že na poskytnutie presnej analýzy možno použiť iné materiály a prístroje.
Príprava a odber vzoriek podľa GOST
Röntgenová fluorescenčná analýza kovov pred analýzou zahŕňa špeciálnu prípravu vzorky na ďalší výskum.
Príprava sa vykonáva v správnom poradí:
- Povrch, ktorý sa má ožarovať, je zaostrený. V prípade potreby utrite alkoholom.
- Vzorka je pevne pritlačená k otvoru prijímača. Ak povrch vzorky nestačí, použijú sa špeciálne obmedzovače.
- Spektrometer je pripravený na prevádzku podľa návodu na použitie.
- Röntgenový spektrometer je kalibrovaný pomocou štandardnej vzorky, ktorá je v súlade s GOST 8.315. Na kalibráciu je možné použiť aj homogénne vzorky.
- Základné promócie sa vykonávajú najmenej päťkrát. V tomto prípade sa to robí počas prevádzky spektrometra v rôznych dňoch.
- Pri vykonávaní opakovaných kalibrácií je možné použiť dve série kalibrácií.
Analýza a spracovanie výsledkov
Metóda röntgenovej fluorescenčnej analýzy podľa GOST zahŕňa vykonanie dvoch sérií paralelných meraní na získanie analytického signálu každého prvku pod kontrolou.
Je povolené používať vyjadrenie hodnoty analytického výsledku a nezrovnalosti paralelných meraní. V jednotkách merania vyjadrujú váhy údaje získané pomocou kalibračných charakteristík.
Ak povolená odchýlka presahuje paralelné merania, musí sa analýza zopakovať.
Je možné aj jedno meranie. V tomto prípade sa vykonajú dve merania paralelne s jednou vzorkou z analyzovanej šarže.
Konečný výsledok je aritmetický priemer dvoch paralelne vykonaných meraní alebo výsledok jedného merania samotného.
Závislosť výsledkov od kvality vzorky
Pre röntgenovú fluorescenčnú analýzu sa limit vzťahuje len na látku, v ktorej je prvok detegovaný. Pre rôzne látky sú limity kvantitatívnej detekcie prvkov rôzne.
Atómové číslo prvku môže hrať veľkú úlohu. Ak sú ostatné veci rovnaké, je ťažšie určiť ľahké prvky a ťažké prvky sú jednoduchšie. Rovnaký prvok sa dá ľahšie identifikovať v ľahkej matici ako v ťažkej.
V súlade s tým metóda závisí od kvality vzorky len do tej miery, do akej môže byť prvok obsiahnutý v jej zložení.
