XRF (anàlisi de fluorescència de raigs X) és un mètode d'anàlisi física que determina directament gairebé tots els elements químics en materials en pols, líquids i sòlids.
Els avantatges del mètode
Aquest mètode és universal, ja que es basa en una preparació de mostres ràpida i senzilla. El mètode s'ha utilitzat àmpliament a la indústria, en el camp de la investigació científica. El mètode d'anàlisi de fluorescència de raigs X té un potencial enorme, útil en anàlisis molt complexes de diversos objectes ambientals, així com en el control de qualitat dels productes manufacturats i en l'anàlisi de productes acabats i matèries primeres.
Història
L'anàlisi de fluorescència de raigs X va ser descrita per primera vegada l'any 1928 per dos científics: Glocker i Schreiber. El dispositiu en si va ser creat només el 1948 pels científics Friedman i Burks. Com a detector, van agafar un comptador Geiger, que mostrava una gran sensibilitat respecte al nombre atòmic del nucli de l'element.
L'heli o el medi de buit del mètode d'investigació es va començar a utilitzar l'any 1960. S'utilitzaven per determinar elements lleugers. També va començar a utilitzar cristalls de fluorliti. S'utilitzaven per a la difracció. Es van utilitzar tubs de rodi i crom per excitar la banda d'ona.
Si(Li): el detector de deriva de liti de silici es va inventar el 1970. Va proporcionar una alta sensibilitat de dades i no va requerir l'ús d'un cristal·litzador. Tanmateix, la resolució energètica d'aquest instrument va ser pitjor.
Part analític automatitzat i control del procés transferit a la màquina amb l'arribada dels ordinadors. El control es realitzava des del panell de l'instrument o el teclat de l'ordinador. Els analitzadors es van fer tan populars que es van incloure a les missions Apollo 15 i Apollo 16.
En aquests moments, les estacions espacials i les naus llançades a l'espai estan equipades amb aquests dispositius. Això us permet identificar i analitzar la composició química de les roques d' altres planetes.
Essència del mètode
L'essència de l'anàlisi de fluorescència de raigs X és realitzar una anàlisi física. D'aquesta manera es poden analitzar tant sòlids (vidre, metall, ceràmica, carbó, roca, plàstic) com líquids (oli, gasolina, solucions, pintures, vi i sang). El mètode permet determinar concentracions molt petites, a nivell de ppm (una part per milió). Les mostres grans, fins al 100%, també es poden investigar.
Aquesta anàlisi és ràpida, segura i no destructiva per al medi ambient. Té una alta reproductibilitat dels resultats i precisió de les dades. El mètode permet la detecció semiquantitativa, qualitativa i quantitativa de tots els elements que es troben a la mostra.
L'essència del mètode d'anàlisi de fluorescència de raigs Xsenzill i entenedor. Si deixeu de banda la terminologia i intenteu explicar el mètode d'una manera més senzilla, aleshores resulta. Que l'anàlisi es realitza a partir d'una comparació de la radiació que resulta de la irradiació d'un àtom.
Hi ha un conjunt de dades estàndard que ja es coneix. En comparar els resultats amb aquestes dades, els científics conclouen quina és la composició de la mostra.
La senzillesa i l'accessibilitat dels dispositius moderns permeten utilitzar-los en la investigació submarina, l'espai, diversos estudis en el camp de la cultura i les arts.
Principi de funcionament
Aquest mètode es basa en l'anàlisi de l'espectre, que s'obté exposant el material a examinar per raigs X.
Durant la irradiació, l'àtom adquireix un estat excitat, que s'acompanya de la transició d'electrons a nivells quàntics d'ordre superior. L'àtom roman en aquest estat durant un temps molt curt, aproximadament 1 microsegon, i després torna al seu estat fonamental (posició tranquil·la). En aquest moment, els electrons situats a les capes exteriors omplen els llocs buits i alliberen l'excés d'energia en forma de fotons, o bé transfereixen energia a altres electrons situats a les capes exteriors (s'anomenen electrons Auger). En aquest moment, cada àtom emet un fotoelectró, l'energia del qual té un valor estricte. Per exemple, el ferro, quan s'exposa als raigs X, emet fotons iguals a Kα, o 6,4 keV. En conseqüència, pel nombre de quants i energia, es pot jutjar l'estructura de la matèria.
Font de radiació
El mètode de fluorescència de raigs X d'anàlisi de metalls utilitza tant isòtops de diversos elements com tubs de raigs X com a font de curació. Cada país té requisits diferents per a l'exportació i la importació d'isòtops emissors, respectivament, a la indústria per a la producció d'aquests equips, prefereixen utilitzar un tub de raigs X.
Aquests tubs inclouen ànodes de coure, plata, rodi, molibdè o altres. En algunes situacions, l'ànode s'escull en funció de la tasca.
El corrent i la tensió són diferents per als diferents elements. N'hi ha prou amb investigar elements lleugers amb una tensió de 10 kV, pesats - 40-50 kV, mitjans - 20-30 kV.
Durant l'estudi dels elements lleugers, l'atmosfera circumdant té un gran impacte en l'espectre. Per reduir aquest efecte, la mostra en una cambra especial es col·loca al buit o l'espai s'omple d'heli. L'espectre excitat es registra mitjançant un dispositiu especial: un detector. La precisió de la separació dels fotons de diferents elements entre si depèn de l' alta resolució espectral del detector. Ara el més precís és la resolució al nivell de 123 eV. Un dispositiu amb aquest rang realitza una anàlisi de fluorescència de raigs X amb una precisió de fins al 100%.
Un cop el fotoelectró s'ha convertit en un pols de tensió, que es compta amb una electrònica especial de recompte, es transmet a l'ordinador. A partir dels pics de l'espectre, que van donar anàlisi de fluorescència de raigs X, és fàcil determinar qualitativament quinhi ha elements a la mostra estudiada. Per determinar amb precisió el contingut quantitatiu, cal estudiar l'espectre resultant en un programa de calibratge especial. El programa està creat prèviament. Per a això, s'utilitzen prototips, la composició dels quals es coneix per endavant amb gran precisió.
Per dir-ho simplement, l'espectre obtingut de la substància estudiada es compara simplement amb la coneguda. Així, s'obté informació sobre la composició de la substància.
Oportunitats
El mètode d'anàlisi de fluorescència de raigs X us permet analitzar:
- mostres la mida o massa de les quals és insignificant (100-0,5 mg);
- reducció significativa dels límits (menor d'1 a 2 ordres de magnitud que XRF);
- anàlisi tenint en compte les variacions de l'energia quàntica.
El gruix de la mostra a examinar no ha de superar 1 mm.
En el cas d'aquesta mida de mostra, és possible suprimir processos secundaris a la mostra, entre els quals:
- dispersió Compton múltiple, que amplia significativament el pic de les matrius lleugeres;
- bremsstrahlung de fotoelectrons (contribueix a l' altiplà de fons);
- excitació entre elements així com absorció de fluorescència que requereix correcció entre elements durant el processament de l'espectre.
Inconvenients del mètode
Un dels inconvenients significatius és la complexitat que acompanya la preparació de mostres fines, així com els estrictes requisits d'estructura del material. Per a la investigació, la mostra ha d'estar ben dispersa i molt uniforme.
Un altre inconvenient és que el mètode està molt lligat als estàndards (mostres de referència). Aquesta característica és inherent a tots els mètodes no destructius.
Aplicació del mètode
L'anàlisi de fluorescència de raigs X s'ha generalitzat en moltes àrees. S'utilitza no només en la ciència o la indústria, sinó també en l'àmbit de la cultura i les arts.
S'utilitza a:
- protecció del medi ambient i ecologia per a la determinació de metalls pesants en sòls, així com per a la seva detecció en aigua, precipitacions, aerosols diversos;
- mineralogia i geologia fan anàlisis quantitatives i qualitatives de minerals, sòls, roques;
- indústria química i metal·lúrgia: controleu la qualitat de les matèries primeres, els productes acabats i el procés de producció;
- indústria de la pintura: analitzar la pintura amb plom;
- indústria de la joieria: mesura la concentració de metalls preciosos;
- indústria petroliera: determina el grau de contaminació del petroli i del combustible;
- indústria alimentària: identifiqueu metalls tòxics en aliments i ingredients;
- agricultura: analitzeu oligoelements en diversos sòls, així com en productes agrícoles;
- arqueologia: realitza anàlisis elementals, així com datació de les troballes;
- art: estudien escultures, pintures, examinen objectes i els analitzen.
Assentament fantasma
L'anàlisi de fluorescència de raigs X GOST 28033 - 89 es regula des de 1989. Documenttotes les preguntes relacionades amb el procediment estan registrades. Tot i que al llarg dels anys s'han fet moltes mesures per millorar el mètode, el document segueix sent rellevant.
Segons GOST, s'estableixen les proporcions dels materials estudiats. Les dades es mostren en una taula.
Taula 1. Relació de fraccions de massa
| Element definit | Fracció de massa, % |
| Sofre | De 0,002 a 0,20 |
| Silici | "0,05 " 5,0 |
| Molibdè | "0,05 " 10,0 |
| Titani | "0, 01 " 5, 0 |
| Cob alt | "0,05 " 20,0 |
| Chrome | "0,05 " 35,0 |
| Niobi | "0, 01 " 2, 0 |
| Manganès | "0,05 " 20,0 |
| Vanadi | "0, 01 " 5, 0 |
| Tungstè | "0,05 " 20,0 |
| Fòsfor | "0,002 " 0,20 |
Equipament aplicat
L'anàlisi espectral de fluorescència de raigs X es realitza amb equips, mètodes i mitjans especials. Entre els equips i materials utilitzats a GOST s'enumeren:
- espectròmetres multicanal i d'escaneig;
- máquina de mòlta i esmeril (molida i mòlta, tipus 3B634);
- esmoladora de superfície (model 3E711B);
- torn de tall de cargol (model 16P16).
- rodes de tall (GOST 21963);
- rodes abrasives d'electrocorindó (unió ceràmica, mida de gra 50, duresa St2, GOST 2424);
- paper de polir (base de paper, segon tipus, marca BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), electrocorindó - normal, mida de gra 50-12, GOST 6456);
- alcohol etílic tècnic (rectificat, GOST 18300);
- barreja argó-metà.
GOST admet que es poden utilitzar altres materials i aparells per proporcionar una anàlisi precisa.
Preparació i mostreig segons GOST
L'anàlisi de fluorescència de raigs X de metalls abans de l'anàlisi implica una preparació especial de mostres per a més investigacions.
La preparació es realitza en l'ordre adequat:
- La superfície a irradiar està esmolada. Si cal, neteja amb alcohol.
- La mostra es pressiona fortament contra l'obertura del receptor. Si la superfície de la mostra no és suficient, s'utilitzen limitadors especials.
- L'espectròmetre està preparat per funcionar segons les instruccions d'ús.
- L'espectròmetre de raigs X es calibra amb una mostra estàndard que compleix amb GOST 8.315. També es poden utilitzar mostres homogènies per al calibratge.
- La graduació de primària es realitza almenys cinc vegades. En aquest cas, això es fa durant el funcionament de l'espectròmetre en diferents dies.
- Quan es fan calibratges repetits, és possible utilitzar dues sèries de calibratges.
Anàlisi i processament de resultats
El mètode d'anàlisi de fluorescència de raigs X segons GOST implica la realització de dues sèries de mesures paral·leles per obtenir un senyal analític de cada element sota control.
Es permet utilitzar l'expressió del valor del resultat analític i la discrepància de mesures paral·leles. En unitats de mesura, les escales expressen les dades obtingudes mitjançant les característiques de calibratge.
Si la discrepància permesa supera les mesures paral·leles, l'anàlisi s'ha de repetir.
També és possible una mesura. En aquest cas, es realitzen dues mesures en paral·lel respecte a una mostra del lot analitzat.
El resultat final és la mitjana aritmètica de dues mesures preses en paral·lel, o el resultat d'una sola mesura.
Dependència dels resultats de la qualitat de la mostra
Per a l'anàlisi de fluorescència de raigs X, el límit s'aplica només a la substància en què es detecta l'element. Per a diferents substàncies, els límits de detecció quantitativa dels elements són diferents.
El nombre atòmic que té un element pot tenir un paper important. En igu altat de coses, és més difícil determinar els elements lleugers i els elements pesats són més fàcils. A més, el mateix element és més fàcil d'identificar en una matriu lleugera que en una de pesada.
En conseqüència, el mètode depèn de la qualitat de la mostra només en la mesura que l'element pugui estar contingut en la seva composició.
