XRF (rentgenová fluorescenční analýza) je metoda fyzikální analýzy, která přímo určuje téměř všechny chemické prvky v práškových, kapalných a pevných materiálech.
Výhody metody
Tato metoda je univerzální, protože je založena na rychlé a snadné přípravě vzorku. Metoda byla široce používána v průmyslu, v oblasti vědeckého výzkumu. Rentgenová fluorescenční metoda analýzy má obrovský potenciál, užitečná při velmi komplexní analýze různých objektů životního prostředí, stejně jako při kontrole kvality vyráběných produktů a při analýze hotových výrobků a surovin.
Historie
Rentgenová fluorescenční analýza byla poprvé popsána v roce 1928 dvěma vědci - Glockerem a Schreiberem. Samotné zařízení bylo vytvořeno teprve v roce 1948 vědci Friedmanem a Burksem. Jako detektor vzali Geigerův počítač, který vykazoval vysokou citlivost s ohledem na atomové číslo jádra prvku.
Hélium neboli vakuum se ve výzkumné metodě začalo používat v roce 1960. Byly použity k určení světelných prvků. Také se začaly používat fluoridové krystalylithium. Byly použity pro difrakci. K vybuzení vlnového pásma byly použity rhodiové a chromové trubice.
Si(Li) - křemíkový lithiový driftový detektor byl vynalezen v roce 1970. Poskytoval vysokou citlivost dat a nevyžadoval použití krystalizátoru. Energetické rozlišení tohoto nástroje však bylo horší.
Automatizované řízení analytických částí a procesů přenesené do stroje s příchodem počítačů. Ovládání bylo prováděno z panelu na nástroji nebo z klávesnice počítače. Analyzátory se staly tak populární, že byly zahrnuty do misí Apollo 15 a Apollo 16.
V tuto chvíli jsou těmito zařízeními vybaveny vesmírné stanice a lodě vypuštěné do vesmíru. To vám umožní identifikovat a analyzovat chemické složení hornin jiných planet.
Esence metody
Podstatou rentgenové fluorescenční analýzy je provedení fyzikální analýzy. Tímto způsobem je možné analyzovat jak pevné látky (sklo, kov, keramika, uhlí, kámen, plasty), tak kapaliny (ropa, benzín, roztoky, barvy, víno a krev). Metoda umožňuje stanovit velmi malé koncentrace na úrovni ppm (jedna část na milion). Velké vzorky, až 100%, jsou také přístupné výzkumu.
Tato analýza je rychlá, bezpečná a nedestruktivní pro životní prostředí. Má vysokou reprodukovatelnost výsledků a přesnost dat. Metoda umožňuje semikvantitativní, kvalitativní a kvantitativní detekci všech prvků, které jsou ve vzorku.
Podstata rentgenové fluorescenční metody analýzyjednoduché a srozumitelné. Pokud necháte terminologii stranou a pokusíte se metodu vysvětlit jednodušším způsobem, pak to dopadá. Že se analýza provádí na základě srovnání záření, které vzniká ozářením atomu.
Existuje sada standardních dat, která je již známa. Porovnáním výsledků s těmito údaji vědci došli k závěru, jaké je složení vzorku.
Jednoduchost a dostupnost moderních zařízení umožňuje jejich použití při podmořském výzkumu, vesmíru, různých studiích v oblasti kultury a umění.
Funkční princip
Tato metoda je založena na analýze spektra, které se získá vystavením zkoumaného materiálu rentgenovým zářením.
Během ozařování se atom dostává do excitovaného stavu, který je doprovázen přechodem elektronů na kvantové úrovně vyššího řádu. Atom setrvá v tomto stavu velmi krátkou dobu, asi 1 mikrosekundu, a poté se vrátí do základního stavu (klidná poloha). V tomto okamžiku elektrony umístěné na vnějších obalech buď zaplní volná místa a uvolní přebytečnou energii ve formě fotonů, nebo přenesou energii na jiné elektrony umístěné na vnějších obalech (nazývají se Augerovy elektrony). V této době každý atom emituje fotoelektron, jehož energie má striktní hodnotu. Například železo, když je vystaveno rentgenovému záření, emituje fotony rovné Kα, neboli 6,4 keV. Podle počtu kvant a energie lze tedy posuzovat strukturu hmoty.
Zdroj záření
Rentgenová fluorescenční metoda analýzy kovů využívá jak izotopy různých prvků, tak rentgenové trubice jako zdroj pro léčení. Každá země má jiné požadavky na vývoz a dovoz emitujících izotopů, respektive v průmyslu na výrobu takového zařízení raději používají rentgenku.
Tyto trubice se dodávají s měděnými, stříbrnými, rhodiovými, molybdenovými nebo jinými anodami. V některých situacích se anoda volí v závislosti na úkolu.
Proud a napětí se pro různé prvky liší. Stačí zkoumat lehké prvky s napětím 10 kV, těžké - 40-50 kV, střední - 20-30 kV.
Během studia světelných prvků má okolní atmosféra obrovský vliv na spektrum. Pro snížení tohoto efektu se vzorek ve speciální komoře umístí do vakua nebo se prostor naplní heliem. Vybuzené spektrum zaznamenává speciální zařízení – detektor. Přesnost oddělení fotonů různých prvků od sebe závisí na tom, jak vysoké je spektrální rozlišení detektoru. Nyní je nejpřesnější rozlišení na úrovni 123 eV. Rentgenová fluorescenční analýza se provádí zařízením s takovým rozsahem s přesností až 100 %.
Po převedení fotoelektronu na napěťový impuls, který je počítán speciální počítací elektronikou, je tento přenesen do počítače. Z vrcholů spektra, které poskytly rentgenovou fluorescenční analýzu, je snadné kvalitativně určit, kteréve studovaném vzorku jsou prvky. Pro přesné stanovení kvantitativního obsahu je nutné výsledné spektrum prostudovat ve speciálním kalibračním programu. Program je předem vytvořen. K tomu se používají prototypy, jejichž složení je s vysokou přesností předem známo.
Zjednodušeně řečeno, získané spektrum studované látky je jednoduše porovnáno se známým. Získá se tak informace o složení látky.
Příležitosti
Metoda rentgenové fluorescenční analýzy umožňuje analyzovat:
- vzorky, jejichž velikost nebo hmotnost je zanedbatelná (100–0,5 mg);
- významné snížení limitů (nižší o 1-2 řády než XRF);
- analýza zohledňující variace kvantové energie.
Tloušťka zkoumaného vzorku by neměla přesáhnout 1 mm.
V případě takové velikosti vzorku je možné potlačit sekundární procesy ve vzorku, mezi které patří:
- mnohonásobný Comptonův rozptyl, který významně rozšiřuje vrchol ve světelných matricích;
- bremsstrahlung fotoelektronů (přispívá k plató pozadí);
- excitace mezi prvky a absorpce fluorescence, která vyžaduje korekci mezi prvky během zpracování spektra.
Nevýhody metody
Jednou z významných nevýhod je složitost, která doprovází přípravu tenkých vzorků, a také přísné požadavky na strukturu materiálu. Pro výzkum musí být vzorek velmi jemně rozptýlený a vysoce jednotný.
Další nevýhodou je, že metoda je silně vázána na standardy (referenční vzorky). Tato funkce je vlastní všem nedestruktivním metodám.
Použití metody
Rentgenová fluorescenční analýza se rozšířila v mnoha oblastech. Používá se nejen ve vědě nebo průmyslu, ale také v oblasti kultury a umění.
Použito v:
- ochrana životního prostředí a ekologie pro stanovení těžkých kovů v půdách, jakož i pro jejich detekci ve vodě, srážkách, různých aerosolech;
- mineralogie a geologie provádějí kvantitativní a kvalitativní analýzy minerálů, půd, hornin;
- chemický průmysl a metalurgie – kontrola kvality surovin, hotových výrobků a výrobního procesu;
- průmysl barev – analýza olovnaté barvy;
- klenotnický průmysl – měření koncentrace drahých kovů;
- ropný průmysl – určete stupeň kontaminace ropy a paliva;
- potravinářský průmysl – identifikujte toxické kovy v potravinách a přísadách;
- zemědělství – analyzujte stopové prvky v různých půdách a také v zemědělských produktech;
- archeologie – proveďte elementární analýzu a datování nálezů;
- art – studují sochy, obrazy, zkoumají předměty a analyzují je.
Osídlování duchů
Rentgenová fluorescenční analýza GOST 28033 - 89 se řídí od roku 1989. Dokumentvšechny dotazy týkající se postupu jsou registrovány. Přestože bylo v průběhu let podniknuto mnoho kroků ke zlepšení metody, dokument je stále relevantní.
Podle GOST jsou stanoveny proporce studovaných materiálů. Data jsou zobrazena v tabulce.
Tabulka 1. Poměr hmotnostních zlomků
| Definovaný prvek | Hmotnostní zlomek, % |
| Síra | Od 0,002 do 0,20 |
| Silicon | "0,05" 5,0 |
| Molybden | "0,05" 10,0 |
| Titan | "0, 01" 5, 0 |
| Kob alt | "0,05" 20,0 |
| Chrome | "0,05" 35,0 |
| Niob | "0, 01" 2, 0 |
| Mangan | "0,05" 20,0 |
| Vanadium | "0, 01" 5, 0 |
| Tungsten | "0,05" 20,0 |
| Phosphorus | "0,002 " 0,20 |
Použité vybavení
Rentgenová fluorescenční spektrální analýza se provádí pomocíspeciální zařízení, metody a prostředky. Mezi vybavení a materiály používané v GOST jsou uvedeny:
- multikanálové a skenovací spektrometry;
- stroj na broušení a smirkování (broušení a broušení, typ 3B634);
- povrchová bruska (model 3E711B);
- šroubořezný soustruh (model 16P16).
- řezná kolečka (GOST 21963);
- elektrokorundové brusné kotouče (keramické pojivo, zrnitost 50, tvrdost St2, GOST 2424);
- brusný papír (papírový podklad, 2. typ, značka BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorund - normální, zrnitost 50-12, GOST 6456);
- technický etylalkohol (rektifikován, GOST 18300);
- argon-metanová směs.
GOST připouští, že k zajištění přesné analýzy mohou být použity jiné materiály a přístroje.
Příprava a odběr vzorků podle GOST
Rentgenová fluorescenční analýza kovů před analýzou zahrnuje speciální přípravu vzorku pro další výzkum.
Příprava se provádí v příslušném pořadí:
- Povrch, který má být ozařován, je naostřený. V případě potřeby otřete alkoholem.
- Vzorek je pevně přitlačen k otvoru přijímače. Pokud povrch vzorku nestačí, použijí se speciální omezovače.
- Spektrometr je připraven k provozu podle návodu k použití.
- Rentgenový spektrometr je kalibrován pomocí standardního vzorku, který odpovídá GOST 8.315. Homogenní vzorky lze také použít pro kalibraci.
- Primární promoce se provádí nejméně pětkrát. V tomto případě se tak děje během provozu spektrometru v různých dnech.
- Při provádění opakovaných kalibrací je možné použít dvě série kalibrací.
Analýza a zpracování výsledků
Metoda rentgenové fluorescenční analýzy podle GOST zahrnuje provedení dvou sérií paralelních měření k získání analytického signálu každého prvku pod kontrolou.
Je povoleno používat vyjádření hodnoty analytického výsledku a nesrovnalosti paralelních měření. V jednotkách měření vyjadřují váhy údaje získané pomocí kalibračních charakteristik.
Pokud přípustná odchylka překročí paralelní měření, musí se analýza opakovat.
Je také možné jedno měření. V tomto případě se provádějí dvě měření paralelně s ohledem na jeden vzorek z analyzované šarže.
Konečný výsledek je aritmetický průměr dvou paralelně provedených měření nebo výsledek jednoho měření samotného.
Závislost výsledků na kvalitě vzorku
Pro rentgenovou fluorescenční analýzu se limit vztahuje pouze na látku, ve které je prvek detekován. Pro různé látky jsou limity kvantitativní detekce prvků různé.
Atomové číslo prvku může hrát velkou roli. Pokud jsou ostatní věci stejné, je obtížnější určit lehké prvky a těžké prvky snáze. Stejný prvek se také snáze identifikuje v lehké matici než v těžké matici.
V souladu s tím metoda závisí na kvalitě vzorku pouze do té míry, do jaké může být prvek obsažen v jeho složení.
