Какво представлява рентгенов флуоресцентен анализ?

XRF (рентгенов флуоресцентен анализ) е метод на физичен анализ, който директно определя почти всички химически елементи в прахообразни, течни и твърди материали.

Използване на метода

Този метод е универсален, защото се основава на бърза и проста подготовка на пробите. Той е получил метода на широко разпространение в индустрията в областта на научните изследвания. Рентгеновият флуоресцентен метод за анализ има голям потенциал, полезен за много комплексен анализ на различни екологични обекти, както и за качествен контрол на продуктите и за анализ на крайни продукти и суровини.

история

Рентгенов флуоресцентен анализ за първи път е описан през 1928 г. от двама учени - Глокър и Шрайбер. Самият апарат е създаден едва през 1948 г. от учените Фридман и Беркс. Като детектор те взеха Geiger брояч, който показа висока чувствителност по отношение на атомния номер на ядрото на елемента.

Хелият или вакуумната среда са използвани в изследователския метод през 1960 г. Те ги използват, за да определят светлинните елементи. Също така се използват кристали на литиев флуорид. Те се използват за дифракция. Родий и хромирани тръби се използват за възбуждане на вълновата лента.

Силициевият литиев детектор Si (Li) е измислен през 1970 година. Тя осигурява висока чувствителност към данните и не изисква използването на кристализатор. Въпреки това, енергийната разделителна способност на това устройство е по-лоша.

Автоматизирана аналитична част и контрол на процеса на прехвърляне на машината с появата на компютри. Контролът бе извършен от панела на устройството или клавиатурата на компютъра. Инструментите за анализ са станали толкова популярни, че са включени в мисиите "Apollo-15" и "Apollo-16".

В момента космическите станции и корабите, изстреляни в космоса, са оборудвани с тези устройства. Това позволява да се идентифицира и анализира химическия състав на скалите на други планети.

Същността на метода

Същността на рентгеновия флуоресцентен анализ е физическият анализ. По този начин можете да анализирате както твърди тела (стъкло, метал, керамика, въглища, скали, пластмаси), така и течности (масло, бензин, разтвори, бои, вино и кръв). Методът позволява да се определят много малки концентрации на ниво ppm (една част на милион). Големи, до 100% от пробата, също могат да бъдат изследвани.

Този анализ е бърз, безопасен и неразрушаващ за околната среда. Тя има висока възпроизводимост на резултатите и точността на данните. Методът позволява полуколичествено, качествено и количествено откриване на всички елементи, които са в пробата.

Същността на рентгеновия флуоресцентен метод за анализ е проста и разбираема. Ако оставите терминологията настрана и се опитате да обясните по-лесно метода, се оказва, Анализът се извършва въз основа на сравнение на радиацията, която се получава от облъчването на атома.

Съществува набор от стандартни данни, които вече са известни. Сравнявайки резултатите с тези данни, учените стигат до заключение за състава на извадката.

Опростеността и достъпността на съвременните апарати дават възможност да се прилагат в условията на подводно изследване, пространство, различни изследвания в областта на културата и изкуствата.

Принцип на действие

Този метод се основава на анализа на спектъра, който се получава чрез метода на влияние на материала, който се изследва, чрез рентгенови лъчи.

По време на облъчването атомът придобива възбудено състояние, което се придружава от прехода на електрони към квантови нива от по-висок порядък. В това състояние атомът има много малко време, около 1 микросекунда, и след това се връща в основното си състояние (тиха позиция). По това време електроните се намират на външните обвивки или запълват свободните свободни места, а излишната енергия се освобождава под формата на фотони или предава енергия на други електрони, разположени върху външните обвивки (те се наричат ​​Auger electrons). По това време всеки атом освобождава фотоелектрон, чиято енергия има строга стойност. Например, желязо по време на Рентгеново облъчване излъчва фотони, равни на Kalpha- или 6,4 keV. Съответно броят на квантите и енергията може да се използва, за да се прецени структурата на материята.

Източник на радиация

Рентгеновият флуоресцентен метод на метален анализ като източник за лечение използва и изотопи на различни елементи, и Рентгенови тръби. Във всяка страна се прилагат различни изисквания за вноса на излъчващи изотопи, съответно в преработващата промишленост, за предпочитане е тази технология да използва рентгенови тръби.

Такива тръби могат да бъдат или мед, сребро, родий, молибден или друг анод. В някои ситуации анодът се избира в зависимост от задачата.

Токът и напрежението за различните елементи се използват различни. Достатъчно е да се изследват светлинни елементи с напрежение 10 kV, тежки - 40-50 kV, средни - 20-30 kV.

По време на изследването на светлинни елементи обкръжаващата атмосфера има огромно влияние върху спектъра. За да се намали този ефект, проба в специална камера се поставя във вакуум или се запълва с хелий. Развълнуван спектър се регистрира със специално устройство - детектор. Относно колко висока спектралната разделителна способност на детектора зависи от точността на разделяне на фотоните на различните елементи един от друг. Сега най-точната резолюция е на ниво 123 eV. Апарат за рентгеново лъчево флуоресценция с този обхват извършва с точност 100%.

След като фотоелектронът се преобразува в импулс на напрежението, който се отчита от специална електроника за отчитане, той се предава на компютъра. На пиковете на спектъра, които дадоха рентгенов флуоресцентен анализ, е лесно да се определи качествено кои елементи са в изследваната проба. За да се определи точно количественото съдържание, е необходимо да се изследва получения спектър в специална програма за калибриране. Програмата е създадена предварително. За това се използват прототипи, чийто състав е известен предварително с висока точност.

По-прости думи, полученият спектър на изпитваното вещество се сравнява елементарно с известния. По този начин се получава информация за състава на веществото.

възможности

Рентгенографският флуоресцентен анализ позволява да се анализира:

• образци, чийто размер или маса е незначителна (100-0,5 mg);
• значително намаляване на границите (по-ниски с 1-2 порядъка от RFA);
• като се вземат предвид промените в енергията на кванти.

Дебелината на изследваната проба не трябва да бъде по-голяма от 1 мм.

В случай на такъв размер на пробата е възможно супресирането на вторичните процеси в пробата, като:

• Множество разсейване на Compton, което в белите дробове на матрит значително разширява пика;
• bremsstrahlung на фотоелектрони (допринася за платото на фона);
• възбуждане между елементите, както и абсорбиране на флуоресценцията, което изисква корекция между елементите по време на обработката на спектрите.

Недостатъци на метода

Един от значителните недостатъци е сложността, която се съпровожда от подготовката на тънки проби, както и строгите изисквания за структурата на материала. За изследването пробата трябва да бъде много фино диспергирана и силно хомогенна.

Друг недостатък е, че методът е силно свързан със стандартите (референтни проби). Тази особеност е присъща на всички неразрушителни методи.

Прилагане на метода

Рентгеновият флуоресцентен анализ е широко разпространен в много области. Той се използва не само в областта на науката или производството, но и в областта на културата и изкуствата.

Важи за:

• опазване на околната среда и екология за определяне на тежки метали в почвите, както и за тяхното откриване във вода, седименти, различни аерозоли;
• минералогията и геологията извършват количествен и качествен анализ на минерали, почви и скали;
• химическата промишленост и металургията - контролират качеството на суровините, крайните продукти и производствения процес;
• боядисване и лакиране - анализ на оловни бои;
• бижутерия - измерване на концентрацията на ценни метали;
• нефтената промишленост - да определи степента на замърсяване на нефта и горивата;
• хранителната промишленост - идентифициране на токсични метали в храните и съставките;
• селското стопанство - анализира микроелементите в различни почви, както и в селскостопанските продукти;
• археология - провеждане на елементарен анализ, както и датирането на находките;
• изкуство - изучаване на скулптури, картини, извършване на изследване на обектите и техния анализ.

Гористското селище

Регресионният флуоресцентен анализ GOST 28033 - 89 се регулира от 1989 г. насам. Документът описва всички въпроси, свързани с процедурата. Независимо от факта, че през годините бяха предприети редица стъпки за подобряване на метода, документът все още е релевантен.

Според GOST съотношенията на акциите на изследваните материали са установени. Данните се показват в таблицата.

Таблица 1. Съотношение масова фракция

Приложно оборудване

Рентгенов флуоресцентен спектрален анализ се извършва с помощта на специално оборудване, методи и средства. Сред използваното оборудване и материали в GOST са изброени:

• многоканални и сканиращи спектрометри;
• шлифовъчна машина (шлайфане, шлайфане, тип 3В634);
• повърхностна мелница (модел 3Е711В);
• Стругова струга с резба (модел 16P16).
• Дискове за рязане (GOST 21963);
• електрокорунд абразивни колела (керамична връзка с размер на зърното 50, твърдост St2, GOST 2424);
• шкурка, шлайфане (хартиена основа, тип 2, клас БШ-140 (П6), БШ-240 (П8), БШ200 (П7), електрокорунд - нормална, размер на зърното 50-12, GOST 6456);
• технически етилов алкохол (ректифициран, GOST 18300);
• аргон-метан.

GOST позволява да се използват други материали и оборудване, които могат да осигурят точен анализ.

Подготовка и вземане на проби съгласно GOST

Рентгеновият флуоресцентен анализ на металите преди анализа предполага специална подготовка на пробата за по-нататъшно изследване.

Подготовката се извършва в подходящ ред:

1. Повърхността, която ще бъде облъчена, е заострена. Ако е необходимо, след това избършете с алкохол.
2. Пробата се притиска здраво към отвора на приемника. Ако повърхността на пробата не е достатъчна, се използват специални ограничители.
3. Спектрометърът се приготвя съгласно инструкциите за употреба.
4. Рентгеновият спектрометър е градуиран със стандартна проба, която съответства на GOST 8.315. Могат също да се използват хомогенни проби за калибриране.
5. Основното градуиране се извършва най-малко пет пъти. Това се прави по време на работа на спектрометъра в различни дни.
6. При многократно калибриране е възможно да се използват две серии калибрирания.

Анализ на резултатите и обработка

Методът на рентгенов флуоресцентен анализ съгласно GOST приема изпълнението на две серии паралелни измервания, за да се получи аналитичен сигнал за всеки наблюдаван елемент.

Може да се използва изразът на стойността на аналитичния резултат и несъответствието на паралелните измервания. В единици за измерване на скалата се изразяват данните, получени чрез градиентните характеристики.

Ако допустимото отклонение надвишава паралелните измервания, анализът трябва да се повтори.

Също така е възможно да се извърши едно измерване. В този случай се правят паралелно две измервания по отношение на една проба от анализираната партида.

Крайният резултат е средноаритметичната стойност на две паралелно извършени измервания или само на измерването.

Зависимост на резултатите от качеството на пробите

За рентгенографския флуоресцентен анализ границата е относителна само спрямо веществото, в което е открит елементът. За различните вещества обхватът на количественото откриване на елементите е различен.

Атомното число, което един елемент може да играе, е от голямо значение. При равни други неща е по-трудно да се определят светлинните елементи, а по-тежките са по-лесни. В допълнение, един и същ елемент е по-лесно да се определи в лека матрица, отколкото в тежка матрица.

Съответно, методът зависи от качеството на пробата само дотолкова, доколкото елементът в неговия състав може да бъде ограничен.