XRF (рентгенов флуоресцентен анализ) е метод за физически анализ, който директно определя почти всички химични елементи в прахообразни, течни и твърди материали.
Предимствата на метода
Този метод е универсален, тъй като се основава на бърза и лесна подготовка на пробата. Методът е широко използван в индустрията, в областта на научните изследвания. Рентгеновият флуоресцентен метод за анализ има огромен потенциал, полезен при много сложен анализ на различни обекти на околната среда, както и при контрол на качеството на произвежданите продукти и при анализа на готови продукти и суровини.
История
Рентгенов флуоресцентен анализ е описан за първи път през 1928 г. от двама учени - Глокър и Шрайбер. Самото устройство е създадено едва през 1948 г. от учените Фридман и Бъркс. Като детектор те взеха брояч на Гайгер, който показа висока чувствителност по отношение на атомния номер на ядрото на елемента.
Хелият или вакуумната среда в метода на изследване започва да се използва през 1960 г. Те са били използвани за определяне на светлинни елементи. Също така започна да използва флуорни кристалилитий. Използвани са за дифракция. Родиеви и хромови тръби бяха използвани за възбуждане на вълновата лента.
Si(Li) - силициев литиев дрейф детектор е изобретен през 1970 г. Той осигурява висока чувствителност на данните и не изисква използването на кристализатор. Енергийната разделителна способност на този инструмент обаче беше по-лоша.
Автоматизирана аналитична част и управление на процеса, прехвърлени към машината с появата на компютрите. Управлението се осъществяваше от панела на инструмента или от клавиатурата на компютъра. Анализаторите станаха толкова популярни, че бяха включени в мисиите Аполо 15 и Аполо 16.
В момента космическите станции и корабите, изстреляни в космоса, са оборудвани с тези устройства. Това ви позволява да идентифицирате и анализирате химическия състав на скалите на други планети.
Метод Есенция
Същността на рентгеновия флуоресцентен анализ е да се проведе физически анализ. По този начин е възможно да се анализират както твърди вещества (стъкло, метал, керамика, въглища, скали, пластмаса), така и течности (масло, бензин, разтвори, бои, вино и кръв). Методът ви позволява да определите много малки концентрации, на ниво ppm (една част на милион). Големи проби, до 100%, също могат да се изследват.
Този анализ е бърз, безопасен и неразрушителен за околната среда. Има висока възпроизводимост на резултатите и точност на данните. Методът позволява полуколичествено, качествено и количествено откриване на всички елементи, които са в пробата.
Същността на рентгеновия флуоресцентен метод за анализпросто и разбираемо. Ако оставите терминологията настрана и се опитате да обясните метода по-просто, тогава се оказва. Че анализът се извършва въз основа на сравнение на радиацията, която е резултат от облъчването на атом.
Има набор от стандартни данни, които вече са известни. Сравнявайки резултатите с тези данни, учените заключават какъв е съставът на пробата.
Простотата и достъпността на съвременните устройства позволяват те да се използват в подводни изследвания, космос, различни изследвания в областта на културата и изкуствата.
Принцип на работа
Този метод се основава на анализа на спектъра, който се получава чрез излагане на материала, който ще бъде изследван с рентгенови лъчи.
По време на облъчване атомът придобива възбудено състояние, което е придружено от преход на електрони към квантови нива от по-висок порядък. Атомът остава в това състояние за много кратко време, около 1 микросекунда, и след това се връща в основното си състояние (спокойна позиция). По това време електроните, разположени върху външните обвивки, или запълват свободните места и освобождават излишната енергия под формата на фотони, или прехвърлят енергия към други електрони, разположени върху външните обвивки (те се наричат Оже електрони). По това време всеки атом излъчва фотоелектрон, чиято енергия има строга стойност. Например желязото, когато е изложено на рентгенови лъчи, излъчва фотони, равни на Kα или 6,4 keV. Съответно, по броя на квантите и енергията може да се съди за структурата на материята.
Източник на радиация
Методът на рентгеновата флуоресценция за анализ на метали използва както изотопи на различни елементи, така и рентгенови тръби като източник за лечение. Всяка страна има различни изисквания за износ и внос на излъчващи изотопи, съответно в индустрията за производство на такова оборудване предпочитат да използват рентгенова тръба.
Такива тръби се доставят с медни, сребърни, родий, молибден или други аноди. В някои ситуации анодът се избира в зависимост от задачата.
Токът и напрежението са различни за различните елементи. Достатъчно е да се изследват леки елементи с напрежение 10 kV, тежки - 40-50 kV, средни - 20-30 kV.
По време на изследването на светлинните елементи заобикалящата атмосфера оказва огромно влияние върху спектъра. За да се намали този ефект, пробата в специална камера се поставя във вакуум или пространството се запълва с хелий. Възбуденият спектър се записва от специално устройство - детектор. Точността на разделяне на фотони на различни елементи един от друг зависи от това колко висока е спектралната разделителна способност на детектора. Сега най-точна е разделителната способност на ниво 123 eV. Рентгенов флуоресцентен анализ се извършва от устройство с такъв обхват с точност до 100%.
След като фотоелектронът се преобразува в импулс на напрежение, който се отчита от специална броеща електроника, той се предава на компютъра. От пиковете на спектъра, които дават рентгенов флуоресцентен анализ, е лесно да се определи качествено койв изследваната извадка има елементи. За да се определи точно количественото съдържание, е необходимо да се проучи полученият спектър в специална програма за калибриране. Програмата е предварително създадена. За това се използват прототипи, чийто състав е известен предварително с висока точност.
Просто казано, полученият спектър на изследваното вещество просто се сравнява с известния. Така се получава информация за състава на веществото.
Възможности
Методът за рентгенов флуоресцентен анализ ви позволява да анализирате:
- проби, чийто размер или маса са незначителни (100-0,5 mg);
- значително намаляване на границите (по-ниски с 1-2 порядъка от XRF);
- анализ, като се вземат предвид вариациите в квантовата енергия.
Дебелината на пробата, която ще се изследва, не трябва да надвишава 1 mm.
В случай на такъв размер на извадката е възможно да се потиснат вторични процеси в извадката, сред които:
- множествено комптоново разсейване, което значително разширява пика в светлинните матрици;
- тормозно излъчване на фотоелектрони (допринася за фоновото плато);
- междуелементно възбуждане, както и абсорбция на флуоресценция, което изисква междуелементна корекция по време на обработка на спектъра.
Недостатъци на метода
Един от съществените недостатъци е сложността, която съпътства изготвянето на тънки проби, както и строги изисквания към структурата на материала. За изследване пробата трябва да бъде много фино диспергирана и силно равномерна.
Друг недостатък е, че методът е силно обвързан със стандартите (референтни проби). Тази функция е присъща на всички неразрушителни методи.
Прилагане на метода
Рентгеновият флуоресцентен анализ стана широко разпространен в много области. Използва се не само в науката или индустрията, но и в областта на културата и изкуствата.
Използва се в:
- опазване на околната среда и екология за определяне на тежки метали в почвите, както и за откриването им във вода, валежи, различни аерозоли;
- минералогията и геологията извършват количествен и качествен анализ на минерали, почви, скали;
- химическа промишленост и металургия - контрол на качеството на суровините, готовите продукти и производствения процес;
- бояджийска индустрия - анализирайте оловната боя;
- бижутерийна индустрия - измерване на концентрацията на благородни метали;
- нефтена индустрия - определяне на степента на замърсяване на петрола и горивото;
- хранителна индустрия - идентифициране на токсични метали в храни и съставки;
- селско стопанство - анализирайте микроелементи в различни почви, както и в селскостопански продукти;
- археология - извършване на елементарен анализ, както и датиране на находки;
- изкуство - те изучават скулптури, картини, разглеждат предмети и ги анализират.
Призрачно селище
Рентгенов флуоресцентен анализ GOST 28033 - 89 се регулира от 1989 г. документвсички въпроси относно процедурата са регистрирани. Въпреки че през годините бяха предприети много стъпки за подобряване на метода, документът все още е актуален.
Според GOST се установяват пропорциите на изследваните материали. Данните се показват в таблица.
Таблица 1. Съотношение на масовите фракции
| Дефиниран елемент | Масова част, % |
| Сяра | От 0,002 до 0,20 |
| силикон | "0,05" 5,0 |
| молибден | "0,05" 10,0 |
| Титан | "0, 01 " 5, 0 |
| кобалт | "0,05" 20,0 |
| Chrome | "0,05" 35,0 |
| ниобий | "0, 01 " 2, 0 |
| манган | "0,05" 20,0 |
| Ванадий | "0, 01 " 5, 0 |
| Волфрам | "0,05" 20,0 |
| Фосфор | "0,002 " 0,20 |
Приложно оборудване
Рентгенов флуоресцентен спектрален анализ се извършва с помощта наспециално оборудване, методи и средства. Сред оборудването и материалите, използвани в GOST, са изброени:
- многоканални и сканиращи спектрометри;
- машина за шлайфане и шлайфане (шлайфане и шлайфане, тип 3B634);
- шлифовъчна машина (модел 3E711B);
- струг за нарязване на винт (модел 16P16).
- режещи колела (GOST 21963);
- електрокорундови абразивни колела (керамична връзка, размер на зърната 50, твърдост St2, GOST 2424);
- шлифовъчна хартия (хартиена основа, 2-ри тип, марка BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), електрокорунд - нормален, размер на зърната 50-12, GOST 6456);
- технически етилов алкохол (ректифициран, GOST 18300);
- аргон-метан смес.
GOST признава, че други материали и апарати могат да се използват за осигуряване на точен анализ.
Подготовка и вземане на проби по GOST
Рентгенов флуоресцентен анализ на метали преди анализа включва специална подготовка на пробата за по-нататъшни изследвания.
Подготовката се извършва в съответния ред:
- Повърхността, която ще бъде облъчена, се заточва. Ако е необходимо, избършете със спирт.
- Пробата се притиска плътно към отвора на приемника. Ако повърхността на пробата не е достатъчна, тогава се използват специални ограничители.
- Спектрометърът е подготвен за работа в съответствие с инструкциите за употреба.
- Рентгеновият спектрометър е калибриран с помощта на стандартна проба, която отговаря на GOST 8.315. За калибриране могат да се използват и хомогенни проби.
- Основното дипломиране се извършва поне пет пъти. В този случай това се прави по време на работа на спектрометъра в различни дни.
- При извършване на многократно калибриране е възможно да се използват две серии от калибриране.
Анализ и обработка на резултата
Методът за рентгенов флуоресцентен анализ съгласно GOST включва извършването на две серии от паралелни измервания за получаване на аналитичен сигнал за всеки елемент под контрол.
Разрешено е да се използва изразът на стойността на аналитичния резултат и несъответствието на паралелни измервания. В мерни единици скалите изразяват данните, получени с помощта на калибровъчните характеристики.
Ако допустимото несъответствие надвишава паралелни измервания, тогава анализът трябва да се повтори.
Възможно е и едно измерване. В този случай се извършват две измервания паралелно по отношение на една проба от анализираната партида.
Крайният резултат е средноаритметичната стойност на две измервания, направени успоредно, или резултатът само от едно измерване.
Зависимост на резултатите от качеството на извадката
За рентгенов флуоресцентен анализ ограничението се отнася само за веществото, в което е открит елементът. За различните вещества границите на количествено откриване на елементите са различни.
Атомното число, което има даден елемент, може да играе голяма роля. При равни други условия е по-трудно да се определят леките елементи, а тежките са по-лесни. Също така, същият елемент е по-лесно да се идентифицира в лека матрица, отколкото в тежка.
Съответно, методът зависи от качеството на пробата само до степента, в която елементът може да се съдържа в нейния състав.
