XRF (röntgenfluorescensanalys) är en fysikalisk analysmetod som direkt bestämmer nästan alla kemiska grundämnen i pulver, flytande och fasta material.
Fördelarna med metoden
Denna metod är universell eftersom den är baserad på snabb och enkel provberedning. Metoden har använts flitigt inom industrin, inom området vetenskaplig forskning. Röntgenfluorescensanalysmetoden har en enorm potential, användbar vid mycket komplex analys av olika miljöobjekt, såväl som vid kvalitetskontroll av tillverkade produkter och vid analys av färdiga produkter och råvaror.
Historia
Röntgenfluorescensanalys beskrevs första gången 1928 av två vetenskapsmän - Glocker och Schreiber. Själva enheten skapades först 1948 av forskarna Friedman och Burks. Som detektor tog de en geigerräknare, som visade hög känslighet med avseende på atomnumret för grundämnets kärna.
Helium- eller vakuummediet i forskningsmetoden började användas 1960. De användes för att bestämma ljuselement. Började även använda fluorkristallerlitium. De användes för diffraktion. Rodium- och kromrör användes för att excitera vågbandet.
Si(Li) - kisellitiumdriftdetektor uppfanns 1970. Det gav hög datakänslighet och krävde inte användning av en kristallisator. Men energiupplösningen för detta instrument var sämre.
Automatisk analysdel och processkontroll överförs till maskinen i och med datorernas tillkomst. Kontrollen utfördes från panelen på instrumentet eller datorns tangentbord. Analysatorer blev så populära att de inkluderades i Apollo 15- och Apollo 16-uppdragen.
För närvarande är rymdstationer och fartyg som skjuts upp i rymden utrustade med dessa enheter. Detta gör att du kan identifiera och analysera den kemiska sammansättningen av andra planeters stenar.
Method Essence
Kärnan i röntgenfluorescensanalys är att utföra en fysisk analys. Det är möjligt att analysera på detta sätt både fasta ämnen (glas, metall, keramik, kol, sten, plast) och vätskor (olja, bensin, lösningar, färger, vin och blod). Metoden låter dig bestämma mycket små koncentrationer, på ppm-nivån (en del per miljon). Stora prover, upp till 100 %, är också tillgängliga för forskning.
Denna analys är snabb, säker och icke-förstörande för miljön. Den har hög reproducerbarhet av resultat och datanoggrannhet. Metoden tillåter semikvantitativ, kvalitativ och kvantitativ detektion av alla element som finns i provet.
Kärnan i röntgenfluorescensmetoden för analysenkelt och begripligt. Om man lämnar terminologin åt sidan och försöker förklara metoden på ett enklare sätt, så visar det sig. Att analysen görs på basis av en jämförelse av den strålning som blir resultatet av bestrålningen av en atom.
Det finns en uppsättning standarddata som redan är känd. Genom att jämföra resultaten med dessa data drar forskarna slutsatsen vad provets sammansättning är.
Enkelheten och tillgängligheten hos moderna enheter gör att de kan användas i undervattensforskning, rymd, olika studier inom området kultur och konst.
Arbetsprincip
Denna metod är baserad på analys av spektrumet, som erhålls genom att exponera materialet som ska undersökas med röntgenstrålar.
Under bestrålning får atomen ett exciterat tillstånd, vilket åtföljs av övergången av elektroner till kvantnivåer av högre ordning. Atomen stannar i detta tillstånd under mycket kort tid, cirka 1 mikrosekund, och efter det återgår den till sitt grundtillstånd (tyst läge). Vid denna tidpunkt fyller elektronerna på de yttre skalen antingen de lediga platserna och frigör överskottsenergin i form av fotoner, eller överför energi till andra elektroner som finns på de yttre skalen (de kallas Auger-elektroner). Vid denna tidpunkt avger varje atom en fotoelektron, vars energi har ett strikt värde. Till exempel avger järn, när det utsätts för röntgenstrålar, fotoner lika med Ka, eller 6,4 keV. Följaktligen, utifrån antalet kvanta och energi, kan man bedöma materiens struktur.
Strålningskälla
Röntgenfluorescensmetoden för metallanalys använder både isotoper av olika grundämnen och röntgenrör som en källa för läkning. Varje land har olika krav på export respektive import av emitterande isotoper, inom industrin för tillverkning av sådan utrustning föredrar de att använda ett röntgenrör.
Sådana rör kommer med koppar, silver, rodium, molybden eller andra anoder. I vissa situationer väljs anoden beroende på uppgiften.
Ström och spänning är olika för olika element. Det räcker med att undersöka lätta element med en spänning på 10 kV, tunga - 40-50 kV, medium - 20-30 kV.
Under studiet av lätta element har den omgivande atmosfären en enorm inverkan på spektrumet. För att minska denna effekt placeras provet i en speciell kammare i ett vakuum eller utrymmet fylls med helium. Det exciterade spektrumet registreras av en speciell enhet - en detektor. Noggrannheten för separation av fotoner av olika element från varandra beror på hur hög detektorns spektrala upplösning är. Nu är den mest exakta upplösningen på nivån 123 eV. En röntgenfluorescensanalys utförs av en enhet med ett sådant räckvidd med en noggrannhet på upp till 100%.
Efter att fotoelektronen har omvandlats till en spänningspuls, som räknas av speciell räkneelektronik, överförs den till datorn. Från topparna i spektrumet, som gav röntgenfluorescensanalys, är det lätt att kvalitativt avgöra vilkendet finns element i det studerade urvalet. För att exakt bestämma det kvantitativa innehållet är det nödvändigt att studera det resulterande spektrumet i ett speciellt kalibreringsprogram. Programmet är förskapat. För detta används prototyper, vars sammansättning är känd i förväg med hög noggrannhet.
För att uttrycka det enkelt, det erhållna spektrumet för det studerade ämnet jämförs helt enkelt med det kända. Därmed erhålls information om ämnets sammansättning.
Opportunities
Röntgenfluorescensanalysmetoden låter dig analysera:
- prover vars storlek eller massa är försumbar (100-0,5 mg);
- betydande minskning av gränser (lägre med 1-2 storleksordningar än XRF);
- analys som tar hänsyn till variationer i kvantenergi.
Tjockleken på provet som ska undersökas bör inte överstiga 1 mm.
I fallet med en sådan urvalsstorlek är det möjligt att undertrycka sekundära processer i urvalet, bland annat:
- multipel Compton-spridning, som avsevärt breddar toppen i lätta matriser;
- bremsstrahlung av fotoelektroner (bidrar till bakgrundsplatån);
- excitation mellan element såväl som fluorescensabsorption som kräver korrigering mellan element under spektrumbehandling.
Nackdelar med metoden
En av de betydande nackdelarna är komplexiteten som följer med beredningen av tunna prover, samt strikta krav på materialets struktur. För forskning måste provet vara mycket finfördelat och mycket enhetligt.
En annan nackdel är att metoden är starkt knuten till standarder (referensprover). Denna funktion är inneboende i alla oförstörande metoder.
Tillämpning av metod
Röntgenfluorescensanalys har blivit utbredd i många områden. Det används inte bara inom vetenskap eller industri, utan också inom kultur och konst.
Används i:
- miljöskydd och ekologi för bestämning av tungmetaller i jord, samt för detektering av dem i vatten, nederbörd, olika aerosoler;
- mineralogi och geologi utför kvantitativ och kvalitativ analys av mineraler, jordar, bergarter;
- kemisk industri och metallurgi - kontrollera kvaliteten på råvaror, färdiga produkter och produktionsprocessen;
- färgindustrin - analysera blyfärg;
- smyckesindustrin - mät koncentrationen av ädla metaller;
- oljeindustrin - bestäm graden av förorening av olja och bränsle;
- livsmedelsindustrin - identifiera giftiga metaller i livsmedel och ingredienser;
- agriculture - analysera spårämnen i olika jordar, såväl som i jordbruksprodukter;
- arkeologi - utför elementaranalys, samt datering av fynd;
- konst - de studerar skulpturer, målningar, undersöker föremål och analyserar dem.
Spökuppgörelse
Röntgenfluorescensanalys GOST 28033 - 89 har reglerat sedan 1989. Dokumenteraalla frågor om förfarandet registreras. Även om många steg har tagits under åren för att förbättra metoden är dokumentet fortfarande relevant.
Enligt GOST är proportionerna av det studerade materialet fastställda. Data visas i en tabell.
Tabell 1. Förhållandet mellan massfraktioner
| Defined element | massfraktion, % |
| Svavel | Från 0,002 till 0,20 |
| Silicon | "0.05 " 5.0 |
| molybden | "0.05 " 10.0 |
| Titanium | "0, 01 " 5, 0 |
| Cob 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 |
| fosfor | "0,002 " 0,20 |
Använd utrustning
Röntgenfluorescensspektralanalys utförs med användning avspeciell utrustning, metoder och medel. Bland utrustningen och materialen som används i GOST finns listade:
- flerkanals- och skanningsspektrometrar;
- slip- och smärgelmaskin (slipning och slipning, typ 3B634);
- ytslipmaskin (modell 3E711B);
- skruvskärsvarv (modell 16P16).
- skärhjul (GOST 21963);
- electrocorundum slipskivor (keramisk bindning, kornstorlek 50, hårdhet St2, GOST 2424);
- slippapper (pappersbas, andra typ, märke BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorund - normal, kornstorlek 50-12, GOST 6456);
- teknisk etylalkohol (korrigerad, GOST 18300);
- argon-metanblandning.
GOST medger att andra material och andra apparater kan användas för att ge korrekt analys.
Förberedelse och provtagning enligt GOST
Röntgenfluorescensanalys av metaller före analys innebär speciell provberedning för vidare forskning.
Förberedelser utförs i lämplig ordning:
- Ytan som ska bestrålas är slipad. Vid behov, torka med alkohol.
- Samplet trycks hårt mot öppningen på mottagaren. Om provytan inte räcker till används speciella limiters.
- Spektrometern är förberedd för drift enligt bruksanvisningen.
- Röntgenspektrometern är kalibrerad med ett standardprov som överensstämmer med GOST 8.315. Homogena prover kan också användas för kalibrering.
- Primärexamen genomförs minst fem gånger. I det här fallet görs detta under drift av spektrometern på olika dagar.
- När man utför upprepade kalibreringar är det möjligt att använda två serier av kalibreringar.
Resultatanalys och bearbetning
Metoden för röntgenfluorescensanalys enligt GOST involverar utförandet av två serier av parallella mätningar för att erhålla en analytisk signal för varje element under kontroll.
Det är tillåtet att använda uttrycket för värdet på analysresultatet och avvikelsen för parallella mätningar. I måttenheter uttrycker skalorna de data som erhållits med hjälp av kalibreringsegenskaperna.
Om den tillåtna avvikelsen överstiger parallella mätningar, måste analysen upprepas.
En mätning är också möjlig. I detta fall utförs två mätningar parallellt med avseende på ett prov från det analyserade partiet.
Det slutliga resultatet är det aritmetiska medelvärdet av två mätningar som tas parallellt, eller resultatet av enbart en mätning.
Resultatens beroende av provets kvalitet
För röntgenfluorescensanalys gäller gränsen endast för det ämne i vilket grundämnet detekteras. För olika ämnen är gränserna för kvantitativ detektering av grundämnen olika.
Atomnumret som ett grundämne har kan spela en stor roll. I övrigt är det svårare att bestämma lätta element, och tunga element är lättare. Samma element är också lättare att identifiera i en lätt matris än i en tung.
Följaktligen beror metoden på kvaliteten på provet endast i den utsträckning som elementet kan ingå i dess sammansättning.
