XRF (Analiza e fluoreshencës me rreze X) është një metodë analize fizike që përcakton drejtpërdrejt pothuajse të gjithë elementët kimikë në pluhur, materiale të lëngshme dhe të ngurta.
Përfitimet e metodës
Kjo metodë është universale pasi bazohet në përgatitjen e shpejtë dhe të lehtë të mostrës. Metoda është përdorur gjerësisht në industri, në fushën e kërkimit shkencor. Metoda e analizës së fluoreshencës me rreze X ka një potencial të jashtëzakonshëm, e dobishme në analizat shumë komplekse të objekteve të ndryshme mjedisore, si dhe në kontrollin e cilësisë së produkteve të prodhuara dhe në analizën e produkteve të gatshme dhe lëndëve të para.
Histori
Analiza e fluoreshencës me rreze X u përshkrua për herë të parë në vitin 1928 nga dy shkencëtarë - Glocker dhe Schreiber. Vetë pajisja u krijua vetëm në 1948 nga shkencëtarët Friedman dhe Burks. Si një detektor, ata morën një numërues Geiger, i cili tregoi ndjeshmëri të lartë në lidhje me numrin atomik të bërthamës së elementit.
Mediumi i heliumit ose vakumit në metodën e kërkimit filloi të përdoret në vitin 1960. Ato u përdorën për të përcaktuar elementët e dritës. Gjithashtu filloi të përdorte kristale fluorilitium. Ato u përdorën për difraksion. Tubat rodium dhe kromi u përdorën për të ngacmuar brezin e valës.
Si(Li) - detektori i lëvizjes së litiumit të silikonit u shpik në 1970. Siguronte ndjeshmëri të lartë të të dhënave dhe nuk kërkonte përdorimin e një kristalizuesi. Megjithatë, rezolucioni i energjisë i këtij instrumenti ishte më i keq.
Pjesa analitike dhe kontrolli i procesit i automatizuar i transferuar në makinë me ardhjen e kompjuterëve. Kontrolli kryhej nga paneli në instrument ose në tastierën e kompjuterit. Analizuesit u bënë aq të njohur sa u përfshinë në misionet Apollo 15 dhe Apollo 16.
Për momentin, stacionet hapësinore dhe anijet e nisura në hapësirë janë të pajisura me këto pajisje. Kjo ju lejon të identifikoni dhe analizoni përbërjen kimike të shkëmbinjve të planetëve të tjerë.
Esenca e metodës
Thelbi i analizës së fluoreshencës me rreze X është kryerja e një analize fizike. Në këtë mënyrë mund të analizohen si lëndët e ngurta (qelqi, metali, qeramika, qymyri, shkëmbi, plastika) ashtu edhe lëngjet (vaji, benzina, tretësirat, bojërat, vera dhe gjaku). Metoda ju lejon të përcaktoni përqendrime shumë të vogla, në nivelin ppm (një pjesë për milion). Mostrat e mëdha, deri në 100%, janë gjithashtu të përshtatshme për kërkime.
Kjo analizë është e shpejtë, e sigurt dhe jo shkatërruese për mjedisin. Ka riprodhueshmëri të lartë të rezultateve dhe saktësi të të dhënave. Metoda lejon zbulimin gjysmë sasior, cilësor dhe sasior të të gjithë elementëve që janë në kampion.
Thelbi i metodës së analizës së fluoreshencës me rreze Xe thjeshtë dhe e kuptueshme. Nëse e lini mënjanë terminologjinë dhe përpiqeni ta shpjegoni metodën në një mënyrë më të thjeshtë, atëherë del. Që analiza të kryhet në bazë të një krahasimi të rrezatimit që rezulton nga rrezatimi i një atomi.
Ka një grup të dhënash standarde që dihet tashmë. Duke krahasuar rezultatet me këto të dhëna, shkencëtarët arrijnë në përfundimin se cila është përbërja e kampionit.
Thjeshtësia dhe aksesueshmëria e pajisjeve moderne i lejojnë ato të përdoren në kërkime nënujore, hapësirë, studime të ndryshme në fushën e kulturës dhe arteve.
Parimi i punës
Kjo metodë bazohet në analizën e spektrit, i cili përftohet duke ekspozuar materialin që do të ekzaminohet me rreze X.
Gjatë rrezatimit, atomi fiton një gjendje të ngacmuar, e cila shoqërohet me kalimin e elektroneve në nivele kuantike të një rendi më të lartë. Atomi qëndron në këtë gjendje për një kohë shumë të shkurtër, rreth 1 mikrosekondë, dhe pas kësaj ai kthehet në gjendjen e tij bazë (pozicioni i qetë). Në këtë kohë, elektronet e vendosura në guaskat e jashtme ose mbushin vendet e lira, dhe lëshojnë energjinë e tepërt në formën e fotoneve, ose transferojnë energji tek elektronet e tjera të vendosura në guaskat e jashtme (ato quhen elektrone Auger). Në këtë kohë, çdo atom lëshon një fotoelektron, energjia e të cilit ka një vlerë strikte. Për shembull, hekuri, kur ekspozohet ndaj rrezeve X, lëshon fotone të barabarta me Kα, ose 6.4 keV. Prandaj, sipas numrit të kuanteve dhe energjisë, mund të gjykohet struktura e materies.
Burimi i rrezatimit
Metoda e fluoreshencës me rreze X e analizës së metaleve përdor si burim shërimi si izotopet e elementeve të ndryshëm ashtu edhe tubat e rrezeve X. Çdo vend ka kërkesa të ndryshme për eksportin dhe importin e izotopeve emetuese, përkatësisht, në industrinë e prodhimit të pajisjeve të tilla preferojnë të përdorin një tub me rreze X.
Tuba të tillë vijnë me bakër, argjend, rodium, molibden ose anoda të tjera. Në disa situata, anoda zgjidhet në varësi të detyrës.
Rryma dhe voltazhi janë të ndryshme për elementë të ndryshëm. Mjafton të hetohen elementë të lehtë me tension 10 kV, të rëndë - 40-50 kV, të mesëm - 20-30 kV.
Gjatë studimit të elementeve të lehta, atmosfera përreth ka një ndikim të madh në spektër. Për të zvogëluar këtë efekt, kampioni në një dhomë të veçantë vendoset në vakum ose hapësira mbushet me helium. Spektri i ngacmuar regjistrohet nga një pajisje speciale - një detektor. Saktësia e ndarjes së fotoneve të elementeve të ndryshëm nga njëri-tjetri varet nga sa e lartë është rezolucioni spektral i detektorit. Tani më e sakta është rezolucioni në nivelin 123 eV. Një analizë e fluoreshencës me rreze X kryhet nga një pajisje me një diapazon të tillë me një saktësi deri në 100%.
Pasi fotoelektroni është shndërruar në një impuls të tensionit, i cili numërohet me anë të elektronikës speciale të numërimit, ai transmetohet në kompjuter. Nga majat e spektrit, që dhanë analizën e fluoreshencës me rreze X, është e lehtë të përcaktohet në mënyrë cilësore se cilaka elemente në kampionin e studiuar. Për të përcaktuar me saktësi përmbajtjen sasiore, është e nevojshme të studiohet spektri që rezulton në një program të veçantë kalibrimi. Programi është krijuar paraprakisht. Për këtë përdoren prototipa, përbërja e të cilave dihet paraprakisht me saktësi të lartë.
Për ta thënë thjesht, spektri i përftuar i substancës së studiuar thjesht krahasohet me atë të njohur. Kështu, merret informacion për përbërjen e substancës.
Mundësi
Metoda e analizës së fluoreshencës me rreze X ju lejon të analizoni:
- mostra, madhësia ose masa e të cilave është e papërfillshme (100-0,5 mg);
- reduktim i ndjeshëm në kufij (më i ulët me 1-2 rend të madhësisë se XRF);
- analizë duke marrë parasysh variacionet në energjinë kuantike.
Trashësia e kampionit që do të ekzaminohet nuk duhet të kalojë 1 mm.
Në rastin e një madhësie të tillë kampioni, është e mundur të shtypen proceset dytësore në kampion, ndër të cilat:
- shpërndarje e shumëfishtë Compton, e cila zgjeron ndjeshëm pikun në matricat e dritës;
- bremsstrahlung i fotoelektroneve (kontribuon në pllajën e sfondit);
- ngacmim ndër-elementor si dhe përthithje fluoreshence që kërkon korrigjim ndër-elementor gjatë përpunimit të spektrit.
Disavantazhet e metodës
Një nga të metat domethënëse është kompleksiteti që shoqëron përgatitjen e mostrave të holla, si dhe kërkesat strikte për strukturën e materialit. Për kërkime, kampioni duhet të jetë i shpërndarë shumë imët dhe shumë uniform.
Një tjetër pengesë është se metoda është shumë e lidhur me standardet (mostrat e referencës). Kjo veçori është e natyrshme në të gjitha metodat jo-shkatërruese.
Zbatimi i metodës
Analiza e fluoreshencës me rreze X është bërë e përhapur në shumë fusha. Përdoret jo vetëm në shkencë apo industri, por edhe në fushën e kulturës dhe arteve.
Përdorur në:
- mbrojtja e mjedisit dhe ekologjia për përcaktimin e metaleve të rënda në tokë, si dhe për zbulimin e tyre në ujë, reshje, aerosole të ndryshme;
- mineralogjia dhe gjeologjia kryejnë analiza sasiore dhe cilësore të mineraleve, dherave, shkëmbinjve;
- industria kimike dhe metalurgjia - kontrolloni cilësinë e lëndëve të para, produkteve të gatshme dhe procesin e prodhimit;
- industria e bojrave - analizoni bojën e plumbit;
- Industria e bizhuterive - matja e përqendrimit të metaleve të çmuar;
- industria e naftës - përcaktoni shkallën e kontaminimit të naftës dhe karburantit;
- industria ushqimore - identifikoni metalet toksike në ushqime dhe përbërës;
- bujqësi - analizoni elementët gjurmë në toka të ndryshme, si dhe në produkte bujqësore;
- arkeologji - kryeni analiza elementare, si dhe datim të gjetjeve;
- art - ata studiojnë skulptura, piktura, ekzaminojnë objektet dhe i analizojnë ato.
Zgjidhja e fantazmave
Analiza e fluoreshencës me rreze X GOST 28033 - 89 ka rregulluar që nga viti 1989. Dokumentiregjistrohen të gjitha pyetjet në lidhje me procedurën. Edhe pse shumë hapa janë ndërmarrë gjatë viteve për të përmirësuar metodën, dokumenti është ende i rëndësishëm.
Sipas GOST, përcaktohen përmasat e materialeve të studiuara. Të dhënat shfaqen në një tabelë.
Tabela 1. Raporti i fraksioneve në masë
| Element i përcaktuar | Pjesa masive, % |
| Squfur | Nga 0,002 në 0,20 |
| Silicon | "0.05" 5.0 |
| Molibden | "0.05" 10.0 |
| Titanium | "0, 01" 5, 0 |
| Kob 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 |
Pajisjet e aplikuara
Analiza spektrale e fluoreshencës me rreze X kryhet duke përdorurpajisjet, metodat dhe mjetet speciale. Ndër pajisjet dhe materialet e përdorura në GOST renditen:
- spektrometrat shumëkanalësh dhe skanues;
- makinë bluarëse dhe zmerile (bluarje dhe bluarje, tipi 3B634);
- mulli sipërfaqësor (Model 3E711B);
- torno me vida (modeli 16P16).
- rrota prerëse (GOST 21963);
- rrota gërryese elektrokorundi (lidhja qeramike, madhësia e kokrrizës 50, fortësia St2, GOST 2424);
- letër lëmimi (bazë letre, lloji i dytë, markë BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorund - normal, madhësia e kokrrizave 50-12, GOST 6456);
- alkool etilik teknik (i korrigjuar, GOST 18300);
- përzierje argon-metan.
GOST pranon se materiale dhe aparate të tjera mund të përdoren për të ofruar analiza të sakta.
Përgatitja dhe marrja e mostrave sipas GOST
Analiza e fluoreshencës me rreze X të metaleve përpara analizës përfshin përgatitje të veçantë të mostrës për kërkime të mëtejshme.
Përgatitja kryhet sipas rendit të duhur:
- Sipërfaqja që do të rrezatohet është mprehur. Nëse është e nevojshme, fshijeni me alkool.
- Mostra shtypet fort kundër hapjes së marrësit. Nëse sipërfaqja e mostrës nuk është e mjaftueshme, atëherë përdoren kufizues të veçantë.
- Sspektrometri përgatitet për funksionim sipas udhëzimeve për përdorim.
- Sspektrometri me rreze X është kalibruar duke përdorur një kampion standard që përputhet me GOST 8.315. Mostrat homogjene mund të përdoren gjithashtu për kalibrim.
- Diplomimi fillor kryhet të paktën pesë herë. Në këtë rast, kjo bëhet gjatë funksionimit të spektrometrit në ditë të ndryshme.
- Kur kryeni kalibrime të përsëritura, është e mundur të përdorni dy seri kalibrimesh.
Analiza dhe përpunimi i rezultateve
Metoda e analizës së fluoreshencës me rreze X sipas GOST përfshin kryerjen e dy serive të matjeve paralele për të marrë një sinjal analitik të çdo elementi nën kontroll.
Lejohet të përdoret shprehja e vlerës së rezultatit analitik dhe mospërputhja e matjeve paralele. Në njësi matëse, peshoret shprehin të dhënat e marra duke përdorur karakteristikat e kalibrimit.
Nëse mospërputhja e lejuar tejkalon matjet paralele, atëherë analiza duhet të përsëritet.
Një matje është gjithashtu e mundur. Në këtë rast, dy matje kryhen paralelisht në lidhje me një kampion nga loti i analizuar.
Rezultati përfundimtar është mesatarja aritmetike e dy matjeve të marra paralelisht, ose rezultati i vetëm një matjeje.
varësia e rezultateve nga cilësia e mostrës
Për analizën e fluoreshencës me rreze X, kufiri vlen vetëm për substancën në të cilën zbulohet elementi. Për substanca të ndryshme, kufijtë e zbulimit sasior të elementeve janë të ndryshëm.
Numri atomik që ka një element mund të luajë një rol të madh. Duke qenë të barabarta, është më e vështirë të përcaktohen elementët e lehtë dhe elementët e rëndë janë më të lehtë. Gjithashtu, i njëjti element është më i lehtë për t'u identifikuar në një matricë të lehtë sesa në një matricë të rëndë.
Sipas kësaj, metoda varet nga cilësia e kampionit vetëm në masën që elementi mund të përmbahet në përbërjen e tij.
