XRF (X-ışını floresan analizi), toz, sıvı ve katı malzemelerdeki hemen hemen tüm kimyasal elementleri doğrudan belirleyen bir fiziksel analiz yöntemidir.
Yöntemin faydaları
Bu yöntem, hızlı ve kolay numune hazırlamaya dayalı olduğu için evrenseldir. Yöntem, endüstride, bilimsel araştırma alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. X-ışını floresan analiz yöntemi, çeşitli çevresel nesnelerin çok karmaşık analizinde olduğu kadar üretilen ürünlerin kalite kontrolünde ve bitmiş ürünlerin ve hammaddelerin analizinde de yararlı olan muazzam bir potansiyele sahiptir.
Tarih
X-ışını floresan analizi ilk olarak 1928'de iki bilim adamı - Glocker ve Schreiber tarafından tanımlandı. Cihazın kendisi sadece 1948'de bilim adamları Friedman ve Burks tarafından yaratıldı. Bir dedektör olarak, elementin çekirdeğinin atom numarasına göre yüksek hassasiyet gösteren bir Geiger sayacı aldılar.
Araştırma yöntemindeki helyum veya vakum ortamı 1960 yılında kullanılmaya başlandı. Hafif elementleri belirlemek için kullanıldılar. Ayrıca florür kristalleri kullanmaya başladılityum. Kırınım için kullanıldılar. Dalga bandını uyarmak için rodyum ve krom tüpler kullanıldı.
Si(Li) - silikon lityum sürüklenme dedektörü 1970 yılında icat edildi. Yüksek veri hassasiyeti sağladı ve kristalleştirici kullanımını gerektirmedi. Ancak, bu enstrümanın enerji çözünürlüğü daha kötüydü.
Bilgisayarların gelişiyle makineye aktarılan otomatik analitik parça ve süreç kontrolü. Kontrol, cihaz üzerindeki panelden veya bilgisayar klavyesinden gerçekleştirilmiştir. Analizörler o kadar popüler oldular ki Apollo 15 ve Apollo 16 görevlerine dahil edildiler.
Şu anda uzay istasyonları ve uzaya fırlatılan gemiler bu cihazlarla donatılıyor. Bu, diğer gezegenlerin kayalarının kimyasal bileşimini tanımlamanıza ve analiz etmenize olanak tanır.
Yöntem Özü
X-ışını floresan analizinin özü, fiziksel bir analiz yapmaktır. Bu şekilde hem katıları (cam, metal, seramik, kömür, taş, plastik) hem de sıvıları (yağ, benzin, çözeltiler, boyalar, şarap ve kan) analiz etmek mümkündür. Yöntem, ppm düzeyinde (milyonda bir parça) çok küçük konsantrasyonları belirlemenizi sağlar. %100'e varan büyük örnekler de araştırmaya uygundur.
Bu analiz hızlı, güvenli ve çevreye zarar vermez. Sonuçların tekrarlanabilirliği ve veri doğruluğu yüksektir. Yöntem, numunedeki tüm elementlerin yarı niceliksel, niteliksel ve niceliksel olarak saptanmasına olanak tanır.
X-ışını floresan analiz yönteminin özübasit ve anlaşılır. Terminolojiyi bir kenara bırakıp yöntemi daha basit bir şekilde açıklamaya çalışırsanız, ortaya çıkıyor. Analizin, bir atomun ışınlanmasından kaynaklanan radyasyonun karşılaştırılması temelinde gerçekleştirildiğini.
Zaten bilinen bir dizi standart veri var. Bilim adamları, sonuçları bu verilerle karşılaştırarak örneğin bileşiminin ne olduğu sonucuna varırlar.
Modern cihazların basitliği ve erişilebilirliği, su altı araştırmalarında, uzayda, kültür ve sanat alanında çeşitli çalışmalarda kullanılmasına olanak tanır.
Çalışma prensibi
Bu yöntem, incelenecek malzemenin X-ışınlarına maruz bırakılmasıyla elde edilen spektrumun analizine dayanır.
Işınlama sırasında atom, elektronların daha yüksek düzeydeki kuantum seviyelerine geçişinin eşlik ettiği uyarılmış bir durum kazanır. Atom yaklaşık 1 mikrosaniye gibi çok kısa bir süre bu durumda kalır ve bundan sonra temel durumuna (sessiz konum) döner. Bu sırada, dış kabuklarda bulunan elektronlar ya boş yerleri doldurur ve fazla enerjiyi fotonlar şeklinde serbest bırakır ya da enerjiyi dış kabuklarda bulunan diğer elektronlara aktarır (bunlara Auger elektronları denir). Bu zamanda, her atom, enerjisi kesin bir değere sahip olan bir fotoelektron yayar. Örneğin demir, X-ışınlarına maruz kaldığında Kα veya 6.4 keV'e eşit fotonlar yayar. Buna göre, kuantum ve enerji sayısına göre maddenin yapısı yargılanabilir.
Radyasyon kaynağı
Metal analizinin X-ışını floresan yöntemi, şifa kaynağı olarak hem çeşitli elementlerin izotoplarını hem de X-ışını tüplerini kullanır. Her ülkenin yayan izotopların ihracatı ve ithalatı için farklı gereksinimleri vardır, bu tür ekipmanların üretimi için endüstride bir X-ışını tüpü kullanmayı tercih ederler.
Bu tür tüplerde bakır, gümüş, rodyum, molibden veya diğer anotlar bulunur. Bazı durumlarda, anot göreve bağlı olarak seçilir.
Akım ve voltaj farklı elemanlar için farklıdır. 10 kV, ağır - 40-50 kV, orta - 20-30 kV gerilime sahip hafif elemanları araştırmak yeterlidir.
Hafif elementlerin incelenmesi sırasında, çevreleyen atmosferin spektrum üzerinde büyük etkisi vardır. Bu etkiyi az altmak için özel bir haznedeki numune bir vakuma yerleştirilir veya boşluk helyum ile doldurulur. Uyarılmış spektrum, özel bir cihaz - bir dedektör tarafından kaydedilir. Farklı elementlerin fotonlarının birbirinden ayrılma doğruluğu, dedektörün spektral çözünürlüğünün ne kadar yüksek olduğuna bağlıdır. Şimdi en doğru olanı 123 eV seviyesindeki çözünürlük. Böyle bir aralığa sahip bir cihaz tarafından bir X-ışını floresan analizi, %100'e varan bir doğrulukla gerçekleştirilir.
Fotoelektron, özel sayma elektroniği tarafından sayılan bir voltaj darbesine dönüştürüldükten sonra bilgisayara iletilir. X-ışını floresan analizi veren spektrumun tepe noktalarından, hangisinin niteliksel olarak belirlenmesi kolaydır.incelenen örnekte unsurlar var. Kantitatif içeriği doğru bir şekilde belirlemek için, ortaya çıkan spektrumu özel bir kalibrasyon programında incelemek gerekir. Program önceden oluşturulmuştur. Bunun için, bileşimi önceden yüksek doğrulukla bilinen prototipler kullanılır.
Basitçe söylemek gerekirse, incelenen maddenin elde edilen spektrumu bilinenle basitçe karşılaştırılır. Böylece maddenin bileşimi hakkında bilgi elde edilir.
Fırsatlar
X-ray floresan analiz yöntemi şunları analiz etmenizi sağlar:
- büyüklüğü veya kütlesi ihmal edilebilir (100-0,5 mg) olan örnekler;
- Limitlerde önemli azalma (XRF'den 1-2 büyüklük mertebesi daha düşük);
- Kuantum enerjisindeki varyasyonları hesaba katan analiz.
İncelenecek numunenin kalınlığı 1 mm'yi geçmemelidir.
Böyle bir numune boyutu durumunda, numunedeki ikincil süreçleri bastırmak mümkündür, bunlar arasında:
- ışık matrislerinde tepe noktasını önemli ölçüde genişleten çoklu Compton saçılması;
- bremsstrahlung of fotoelektronlar (arka plan platosuna katkıda bulunur);
- Elementler arası uyarım ve ayrıca spektrum işleme sırasında elementler arası düzeltme gerektiren floresan absorpsiyon.
Yöntemin dezavantajları
Önemli dezavantajlardan biri, ince numunelerin hazırlanmasına eşlik eden karmaşıklığın yanı sıra malzemenin yapısı için katı gereksinimlerdir. Araştırma için numune çok ince bir şekilde dağılmış ve yüksek oranda tekdüze olmalıdır.
Başka bir dezavantaj, yöntemin standartlara (referans örnekleri) büyük ölçüde bağlı olmasıdır. Bu özellik, tüm tahribatsız yöntemlerin doğasında vardır.
Yöntem uygulaması
X-ışını floresan analizi birçok alanda yaygınlaştı. Sadece bilimde veya sanayide değil, kültür ve sanat alanında da kullanılmaktadır.
Kullanıldığı yerler:
- topraklardaki ağır metallerin belirlenmesi ve bunların su, yağış, çeşitli aerosollerde tespiti için çevre koruma ve ekoloji;
- mineraloji ve jeoloji minerallerin, toprakların, kayaların nicel ve nitel analizini gerçekleştirir;
- kimya endüstrisi ve metalurji - hammaddelerin, bitmiş ürünlerin ve üretim sürecinin kalitesini kontrol edin;
- boya endüstrisi - kurşun boyayı analiz edin;
- mücevher endüstrisi - değerli metallerin konsantrasyonunu ölçün;
- petrol endüstrisi - petrol ve yakıtın kirlilik derecesini belirleyin;
- gıda endüstrisi - gıdalardaki ve içeriklerdeki toksik metalleri belirleyin;
- tarım - çeşitli topraklardaki ve ayrıca tarım ürünlerindeki eser elementleri analiz edin;
- arkeoloji - buluntuların tarihlendirilmesinin yanı sıra elementel analizler yapın;
- sanat - heykelleri, resimleri inceler, nesneleri inceler ve analiz ederler.
Hayalet yerleşimi
X-ışını floresan analizi GOST 28033 - 89, 1989'dan beri düzenleyicidir. belgeprosedürle ilgili tüm sorular kaydedilir. Yöntemi geliştirmek için yıllar içinde birçok adım atılmış olsa da, belge hala güncelliğini koruyor.
GOST'a göre, çalışılan malzemelerin oranları belirlenir. Veriler bir tabloda görüntülenir.
Tablo 1. Kütle kesirlerinin oranı
| Tanımlanmış öğe | Kütle kesri, % |
| Kükürt | 0,002'den 0,20'ye |
| Silikon | "0.05 " 5.0 |
| Molibden | "0.05" 10.0 |
| Titanyum | "0, 01 " 5, 0 |
| Kob alt | "0.05" 20.0 |
| Chrome | "0.05 " 35.0 |
| Niyobyum | "0, 01 " 2, 0 |
| Manganez | "0.05" 20.0 |
| Vanadyum | "0, 01 " 5, 0 |
| Tungsten | "0.05" 20.0 |
| Fosfor | "0,002 " 0,20 |
Uygulamalı ekipman
X-ışını floresan spektral analizi kullanılarak gerçekleştirilirözel ekipman, yöntemler ve araçlar. GOST'ta kullanılan ekipman ve malzemeler arasında şunlar listelenmiştir:
- çok kanallı ve tarama spektrometreleri;
- taşlama ve zımpara makinesi (taşlama ve taşlama, tip 3B634);
- yüzey taşlama makinesi (Model 3E711B);
- vida kesme torna tezgahı (model 16P16).
- kesme diskleri (GOST 21963);
- elektrokorundum aşındırıcı diskler (seramik bağ, tane boyutu 50, sertlik St2, GOST 2424);
- zımpara kağıdı (kağıt tabanlı, 2. tip, marka BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorindon - normal, tane boyutu 50-12, GOST 6456);
- teknik etil alkol (rektifiye, GOST 18300);
- argon-metan karışımı.
GOST, doğru analiz sağlamak için başka materyallerin ve aparatların kullanılabileceğini kabul eder.
GOST'a göre hazırlama ve numune alma
Analizden önce metallerin X-ışını floresan analizi, daha fazla araştırma için özel numune hazırlamayı içerir.
Hazırlık uygun sırada gerçekleştirilir:
- Işınlanacak yüzey keskinleştirilir. Gerekirse alkolle silin.
- Örnek alıcının ağzına sıkıca bastırılır. Numune yüzeyi yeterli değilse özel sınırlayıcılar kullanılır.
- Spektrometre kullanım talimatlarına göre çalışmaya hazırlanır.
- X-ışını spektrometresi, GOST 8.315 ile uyumlu standart bir numune kullanılarak kalibre edilir. Kalibrasyon için homojen numuneler de kullanılabilir.
- İlk mezuniyet en az beş kez yapılır. Bu durumda bu, spektrometrenin farklı günlerde çalışması sırasında yapılır.
- Tekrarlanan kalibrasyonları gerçekleştirirken, iki seri kalibrasyon kullanmak mümkündür.
Sonuç analizi ve işleme
GOST'a göre X-ışını floresan analizi yöntemi, kontrol altındaki her bir elementin analitik sinyalini elde etmek için iki seri paralel ölçümün performansını içerir.
Analitik sonucun değerinin ifadesinin ve paralel ölçümlerin tutarsızlığının kullanılmasına izin verilir. Ölçü birimlerinde, ölçekler, kalibrasyon özellikleri kullanılarak elde edilen verileri ifade eder.
İzin verilen tutarsızlık paralel ölçümleri aşarsa, analiz tekrarlanmalıdır.
Tek ölçüm de mümkündür. Bu durumda, analiz edilen partiden bir numuneye göre paralel olarak iki ölçüm yapılır.
Nihai sonuç, paralel olarak alınan iki ölçümün veya tek başına bir ölçümün sonucunun aritmetik ortalamasıdır.
Sonuçların numune kalitesine bağımlılığı
X-ışını floresan analizi için sınır yalnızca elementin tespit edildiği madde için geçerlidir. Farklı maddeler için elementlerin kantitatif tespitinin sınırları farklıdır.
Bir elementin sahip olduğu atom numarası büyük bir rol oynayabilir. Diğer şeyler eşit olduğunda, hafif elementleri belirlemek daha zordur ve ağır elementleri belirlemek daha kolaydır. Ayrıca, aynı elementin hafif bir matriste tanımlanması, ağır olandan daha kolaydır.
Buna göre yöntem, numunenin kalitesine yalnızca elementin bileşiminde bulunabileceği ölçüde bağlıdır.
