XRF (rentgenska fluorescentna analiza) je metoda fizičke analize koja direktno određuje skoro sve hemijske elemente u prahu, tečnim i čvrstim materijalima.
Prednosti metode
Ova metoda je univerzalna jer se zasniva na brzoj i jednostavnoj pripremi uzorka. Metoda se široko koristi u industriji, u oblasti naučnih istraživanja. Metoda analize rendgenske fluorescencije ima ogroman potencijal, korisna je u veoma složenim analizama različitih objekata životne sredine, kao iu kontroli kvaliteta proizvedenih proizvoda iu analizi gotovih proizvoda i sirovina.
Historija
Fluorescencionu analizu rendgenskih zraka prvi put su opisali 1928. godine dva naučnika - Glocker i Schreiber. Sam uređaj su stvorili naučnici Friedman i Burks tek 1948. godine. Kao detektor uzeli su Gajgerov brojač, koji je pokazao visoku osetljivost u odnosu na atomski broj jezgra elementa.
Helijum ili vakuum medij u metodi istraživanja počeo je da se koristi 1960. godine. Korišteni su za određivanje svjetlosnih elemenata. Također je počeo koristiti kristale fluoridalitijum. Korišćene su za difrakciju. Za pobuđivanje talasnog opsega korišćene su cevi od rodijuma i hroma.
Si(Li) - silicijum litijum detektor drifta je izumljen 1970. godine. Pružao je visoku osjetljivost podataka i nije zahtijevao korištenje kristalizatora. Međutim, energetska rezolucija ovog instrumenta je bila lošija.
Automatizovani analitički deo i kontrola procesa prebačeni su na mašinu sa pojavom kompjutera. Kontrola se vršila sa panela na instrumentu ili tastature računara. Analizatori su postali toliko popularni da su uključeni u misije Apolo 15 i Apollo 16.
Trenutno su svemirske stanice i brodovi lansirani u svemir opremljeni ovim uređajima. Ovo vam omogućava da identifikujete i analizirate hemijski sastav stena drugih planeta.
Method Essence
Suština rendgenske fluorescentne analize je izvođenje fizičke analize. Na ovaj način je moguće analizirati kako čvrste materije (staklo, metal, keramika, ugalj, kamen, plastika) tako i tečnosti (ulje, benzin, rastvori, boje, vino i krv). Metoda vam omogućava da odredite vrlo male koncentracije, na nivou ppm (jedan dio na milion). Veliki uzorci, do 100%, također su podložni istraživanju.
Ova analiza je brza, sigurna i ne destruktivna za okolinu. Ima visoku ponovljivost rezultata i tačnost podataka. Metoda omogućava polukvantitativnu, kvalitativnu i kvantitativnu detekciju 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, ispada. Da se analiza vrši na osnovu poređenja zračenja koje nastaje zračenjem atoma.
Postoji skup standardnih podataka koji su već poznati. Upoređujući rezultate sa ovim podacima, naučnici zaključuju kakav je sastav uzorka.
Jednostavnost i pristupačnost savremenih uređaja omogućavaju im upotrebu u podvodnim istraživanjima, svemirskim istraživanjima, raznim studijama iz oblasti kulture i umjetnosti.
Princip rada
Ova metoda se zasniva na analizi spektra, koji se dobija izlaganjem materijala koji se ispituje rendgenskim zracima.
Tokom ozračivanja, atom dobija pobuđeno stanje, koje je praćeno prelaskom elektrona na kvantne nivoe višeg reda. Atom ostaje u ovom stanju vrlo kratko, oko 1 mikrosekundu, a nakon toga se vraća u osnovno stanje (mirni položaj). U ovom 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 omotačima (oni se nazivaju Auger elektroni). U tom trenutku svaki atom emituje fotoelektron, čija energija ima strogu vrijednost. Na primjer, željezo, kada je izloženo rendgenskim zracima, emituje fotone jednake Kα, ili 6,4 keV. Shodno 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 emitujućih izotopa, odnosno u industriji za proizvodnju takve opreme radije koriste rendgensku cijev.
Ovakve cijevi dolaze s bakrom, srebrom, rodijumom, molibdenom ili drugim anodama. U nekim situacijama anoda se bira u zavisnosti od zadatka.
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.
Tokom proučavanja svjetlosnih elemenata, okolna atmosfera ima ogroman utjecaj na spektar. Da bi se ovaj efekat smanjio, uzorak se u posebnoj komori stavlja u vakuum ili se prostor puni helijumom. Pobuđeni spektar se snima posebnim uređajem - detektorom. Preciznost razdvajanja fotona različitih elemenata jedan od drugog zavisi od toga koliko je visoka spektralna rezolucija detektora. Sada je najpreciznija rezolucija na nivou od 123 eV. Analiza rendgenske fluorescencije se vrši pomoću uređaja takvog opsega sa tačnošću do 100%.
Nakon što je fotoelektron pretvoren u naponski impuls, koji se broji specijalnom elektronikom za brojanje, prenosi se na kompjuter. Iz vrhova spektra, koji su dali rendgensku fluorescentnu analizu, lako je kvalitativno odrediti kojiu proučavanom uzorku ima elemenata. Da bi se tačno odredio kvantitativni sadržaj, potrebno je proučiti rezultujući spektar u posebnom kalibracionom programu. Program je unaprijed kreiran. Za to se koriste prototipovi čiji je sastav unaprijed poznat sa velikom preciznošću.
Pojednostavljeno rečeno, dobijeni spektar proučavane supstance jednostavno se poredi sa poznatim. Tako se dobija informacija o sastavu supstance.
Prilike
Metoda rendgenske fluorescentne analize omogućava vam da analizirate:
- uzorci čija je veličina ili masa zanemarljiva (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 bi trebalo da prelazi 1 mm.
U slučaju takve veličine uzorka, moguće je suzbiti sekundarne procese u uzorku, među kojima:
- višestruko Comptonovo raspršenje, koje značajno proširuje vrh u matricama svjetlosti;
- kočivo strujanje fotoelektrona (doprinosi pozadinskom platou);
- međuelementna ekscitacija kao i apsorpcija fluorescencije koja zahtijeva međuelementnu korekciju tokom 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 visoko ujednačen.
Još jedan nedostatak je što je metoda u velikoj mjeri vezana za standarde (referentni uzorci). Ova karakteristika je svojstvena svim nedestruktivnim metodama.
Primjena metode
Fluorescentna analiza rendgenskih zraka postala je široko rasprostranjena u mnogim područjima. Koristi se ne samo u nauci ili industriji, već iu oblasti kulture i umjetnosti.
Korišćeno u:
- zaštita životne sredine i ekologija za određivanje teških metala u zemljištu, kao i za njihovu detekciju u vodi, padavinama, raznim aerosolima;
- mineralogija i geologija vrše kvantitativnu i kvalitativnu analizu minerala, tla, stijena;
- hemijska industrija i metalurgija - kontrola kvaliteta sirovina, gotovih proizvoda i procesa proizvodnje;
- industrija boja - analizirajte olovnu boju;
- industrija nakita - izmjerite koncentraciju plemenitih metala;
- naftna industrija - odredite stepen kontaminacije nafte i goriva;
- prehrambena industrija - identificirajte toksične metale u hrani i sastojcima;
- poljoprivreda - analizirajte elemente u tragovima u raznim zemljištima, 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 reguliše od 1989. godine. Dokumentsva pitanja u vezi sa procedurom su registrovana. Iako je tokom godina poduzeto mnogo koraka za poboljšanje metode, dokument je i dalje relevantan.
Prema GOST-u, utvrđuju se proporcije proučavanih materijala. Podaci se prikazuju u tabeli.
Tabela 1. Omjer masenih frakcija
| Definisani element | Maseni udio, % |
| Sumpor | Od 0,002 do 0,20 |
| Silikon | "0.05 " 5.0 |
| molibden | "0.05 " 10.0 |
| Titanium | "0, 01 " 5, 0 |
| kob alt | "0.05 " 20.0 |
| Chrome | "0.05 " 35.0 |
| niobijum | "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
Spektralna analiza rendgenske fluorescencije se provodi korištenjemposebna oprema, metode i sredstva. Među opremom i materijalima koji se koriste u GOST-u su navedeni:
- višekanalni i skenirajući spektrometri;
- mašina za brušenje i brušenje (brušenje i brušenje, tip 3B634);
- brusilica (model 3E711B);
- strug za rezanje vijaka (model 16P16).
- rezni točkovi (GOST 21963);
- elektrokorundni abrazivni točkovi (keramička veza, veličina zrna 50, tvrdoća St2, GOST 2424);
- brusni papir (papirna baza, 2. tip, marka BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorund - normalan, zrnatosti 50-12, GOST 6456);
- tehnički etil alkohol (rektificirani, GOST 18300);
- mješavina argon-metana.
GOST priznaje da se drugi materijali i aparati mogu koristiti za pružanje tačne analize.
Priprema i uzorkovanje prema GOST-u
Rentgenska fluorescentna analiza metala prije analize uključuje posebnu pripremu uzorka za dalja istraživanja.
Priprema se vrši odgovarajućim redoslijedom:
- Površina koja se ozrači je izoštrena. Ako je potrebno, obrišite alkoholom.
- Uzorak je čvrsto pritisnut uz otvor prijemnika. Ako površina uzorka nije dovoljna, tada se koriste posebni limiteri.
- Spektrometar je pripremljen za rad prema uputstvu za upotrebu.
- Rentgenski spektrometar je kalibrisan korišćenjem standardnog uzorka koji je u skladu sa GOST 8.315. Homogeni uzorci se također mogu koristiti za kalibraciju.
- Osnovna matura se izvodi najmanje pet puta. U ovom slučaju, to se radi tokom rada spektrometra u različitim danima.
- 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 dobijene korištenjem karakteristika kalibracije.
Ako dozvoljeno odstupanje premašuje paralelna mjerenja, onda se analiza mora ponoviti.
Moguće je i jedno mjerenje. U ovom slučaju, dva mjerenja se vrše paralelno u odnosu na jedan uzorak iz analizirane serije.
Konačni rezultat je aritmetička sredina dva paralelna mjerenja ili rezultat samo jednog mjerenja.
Zavisnost rezultata od kvaliteta uzorka
Za analizu rendgenske fluorescencije, ograničenje se odnosi samo na supstancu u kojoj je element detektovan. Za različite supstance, 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. Takođe, isti element je lakše identifikovati u laganoj matrici nego u teškoj.
Prema tome, metoda zavisi od kvaliteta uzorka samo u meri u kojoj element može biti sadržan u njegovom sastavu.
