XRF (uchambuzi wa fluorescence ya X-ray) ni mbinu ya uchanganuzi wa kimaumbile ambayo hubainisha moja kwa moja karibu vipengele vyote vya kemikali katika unga, kioevu na nyenzo gumu.
Faida za mbinu
Njia hii ni ya ulimwengu wote kwa kuwa inategemea utayarishaji wa sampuli za haraka na rahisi. Njia hiyo imekuwa ikitumika sana katika tasnia, katika uwanja wa utafiti wa kisayansi. Mbinu ya uchambuzi wa fluorescence ya X-ray ina uwezo mkubwa sana, muhimu katika uchanganuzi changamano wa vitu mbalimbali vya mazingira, na pia katika udhibiti wa ubora wa bidhaa za viwandani na katika uchanganuzi wa bidhaa zilizokamilishwa na malighafi.
Historia
Uchambuzi wa X-ray fluorescence ulielezewa kwa mara ya kwanza mnamo 1928 na wanasayansi wawili - Glocker na Schreiber. Kifaa yenyewe kiliundwa tu mwaka wa 1948 na wanasayansi Friedman na Burks. Kama kigunduzi, walichukua kaunta ya Geiger, ambayo ilionyesha usikivu wa juu kuhusiana na nambari ya atomiki ya kiini cha kipengele.
Nyenzo ya heliamu au utupu katika mbinu ya utafiti ilianza kutumika mwaka wa 1960. Walitumiwa kuamua vipengele vya mwanga. Pia ilianza kutumia fuwele za floridilithiamu. Zilitumika kwa kutofautisha. Mirija ya Rhodiamu na chromium ilitumiwa kusisimua bendi ya wimbi.
Si(Li) - kigunduzi cha silicon cha lithiamu drift kilivumbuliwa mwaka wa 1970. Ilitoa unyeti wa juu wa data na haukuhitaji matumizi ya kioo. Hata hivyo, ubora wa nishati wa chombo hiki ulikuwa mbaya zaidi.
Sehemu ya uchanganuzi otomatiki na udhibiti wa mchakato huhamishiwa kwenye mashine kwa kuja kwa kompyuta. Udhibiti ulifanyika kutoka kwa jopo kwenye chombo au kibodi ya kompyuta. Wachanganuzi walipata umaarufu sana hivi kwamba walijumuishwa katika misheni ya Apollo 15 na Apollo 16.
Kwa sasa, vituo vya anga na meli zinazorushwa angani zina vifaa hivi. Hii hukuruhusu kutambua na kuchanganua muundo wa kemikali wa miamba ya sayari nyingine.
Kiini cha Mbinu
Kiini cha uchambuzi wa fluorescence ya X-ray ni kufanya uchanganuzi wa kimwili. Inawezekana kuchambua kwa njia hii vitu vikali (glasi, chuma, keramik, makaa ya mawe, mwamba, plastiki) na vinywaji (mafuta, petroli, ufumbuzi, rangi, divai na damu). Njia hiyo inakuwezesha kuamua viwango vidogo sana, katika kiwango cha ppm (sehemu moja kwa milioni). Sampuli kubwa, hadi 100%, pia zinaweza kufanyiwa utafiti.
Uchambuzi huu ni wa haraka, salama na usioharibu mazingira. Ina uzazi wa juu wa matokeo na usahihi wa data. Mbinu hii huruhusu utambuzi wa nusu-idadi, ubora na kiasi wa vipengele vyote vilivyo kwenye sampuli.
Kiini cha uchanganuzi wa mbinu ya X-ray fluorescencerahisi na inayoeleweka. Ukiacha istilahi kando na jaribu kuelezea njia kwa njia rahisi, basi inageuka. Kwamba uchambuzi unafanywa kwa msingi wa ulinganisho wa mionzi inayotokana na mwaliko wa atomi.
Kuna seti ya data ya kawaida ambayo tayari inajulikana. Kwa kulinganisha matokeo na data hizi, wanasayansi wanahitimisha muundo wa sampuli ni nini.
Urahisi na ufikivu wa vifaa vya kisasa huviruhusu kutumika katika utafiti wa chini ya maji, nafasi, tafiti mbalimbali katika nyanja ya utamaduni na sanaa.
Kanuni ya kufanya kazi
Njia hii inategemea uchanganuzi wa wigo, ambao hupatikana kwa kufichua nyenzo za kuchunguzwa kwa X-rays.
Wakati wa mnururisho, atomi hupata hali ya msisimko, ambayo inaambatana na mpito wa elektroni hadi viwango vya quantum vya mpangilio wa juu. Atomu hukaa katika hali hii kwa muda mfupi sana, kuhusu microsecond 1, na baada ya hapo inarudi kwenye hali yake ya chini (nafasi ya utulivu). Kwa wakati huu, elektroni ziko kwenye ganda la nje ama kujaza nafasi wazi, na kutoa nishati ya ziada katika mfumo wa fotoni, au kuhamisha nishati kwa elektroni nyingine ziko kwenye shells nje (zinaitwa Auger elektroni). Kwa wakati huu, kila atomi hutoa photoelectron, nishati ambayo ina thamani kali. Kwa mfano, chuma, inapofunuliwa na X-rays, hutoa fotoni sawa na Kα, au 6.4 keV. Ipasavyo, kwa idadi ya quanta na nishati, mtu anaweza kuhukumu muundo wa jambo.
Chanzo cha mionzi
Njia ya X-ray ya uchunguzi wa chuma hutumia isotopu za vipengele mbalimbali na mirija ya X-ray kama chanzo cha uponyaji. Kila nchi ina mahitaji tofauti ya usafirishaji na uagizaji wa isotopu zinazotoa moshi, kwa mtiririko huo, katika tasnia kwa utengenezaji wa vifaa kama hivyo, wanapendelea kutumia bomba la X-ray.
Mirija kama hii huja na shaba, fedha, rodi, molybdenum au anodi nyinginezo. Katika hali fulani, anodi huchaguliwa kulingana na kazi.
Ya sasa na voltage ni tofauti kwa vipengele tofauti. Inatosha kuchunguza vipengele vya mwanga na voltage ya kV 10, nzito - 40-50 kV, kati - 20-30 kV.
Wakati wa utafiti wa vipengele vya mwanga, angahewa inayozunguka ina athari kubwa kwenye wigo. Ili kupunguza athari hii, sampuli katika chumba maalum huwekwa kwenye utupu au nafasi imejaa heliamu. Wigo wa msisimko umeandikwa na kifaa maalum - detector. Usahihi wa kutenganishwa kwa picha za vipengele tofauti kutoka kwa kila mmoja hutegemea jinsi azimio la spectral la detector lilivyo juu. Sasa sahihi zaidi ni azimio katika kiwango cha 123 eV. Uchunguzi wa umeme wa X-ray unafanywa na kifaa chenye masafa kama hayo kwa usahihi wa hadi 100%.
Baada ya photoelectron kubadilishwa kuwa mpigo wa volteji, ambao huhesabiwa kwa vifaa vya kielektroniki vya kuhesabia, hupitishwa kwenye kompyuta. Kutoka kwa kilele cha wigo, ambacho kilitoa uchambuzi wa fluorescence ya X-ray, ni rahisi kuamua ni ipikuna vipengele katika sampuli iliyofanyiwa utafiti. Ili kuamua kwa usahihi maudhui ya kiasi, ni muhimu kujifunza wigo unaosababisha katika mpango maalum wa calibration. Mpango huo umeundwa kabla. Kwa hili, prototypes hutumiwa, muundo ambao unajulikana mapema kwa usahihi wa juu.
Ili kuiweka kwa urahisi, wigo uliopatikana wa dutu iliyochunguzwa kwa urahisi unalinganishwa na inayojulikana. Kwa hivyo, taarifa kuhusu utungaji wa dutu hii hupatikana.
Fursa
Mbinu ya uchambuzi wa fluorescence ya X-ray hukuruhusu kuchanganua:
- sampuli ambazo ukubwa au uzito wake haukubaliki (100-0.5 mg);
- punguzo kubwa la vikomo (chini kwa maagizo 1-2 ya ukubwa kuliko XRF);
- uchambuzi unaozingatia tofauti za kiasi cha nishati.
Unene wa sampuli ya kuchunguzwa usizidi milimita 1.
Katika kesi ya saizi ya sampuli kama hii, inawezekana kukandamiza michakato ya pili katika sampuli, ambayo kati ya hizo:
- utawanyiko wa Compton nyingi, ambao huongeza kwa kiasi kikubwa kilele cha matiti mepesi;
- bremsstrahlung ya photoelectrons (huchangia uwanda wa nyuma);
- msisimko wa vipengele baina ya vipengele pamoja na ufyonzaji wa florasisi ambao unahitaji urekebishaji wa kipengele kati ya vipengele wakati wa kuchakata masafa.
Hasara za mbinu
Mojawapo ya mapungufu makubwa ni uchangamano unaoambatana na utayarishaji wa sampuli nyembamba, pamoja na mahitaji madhubuti ya muundo wa nyenzo. Kwa ajili ya utafiti, sampuli lazima iwe laini sana na ifanane sana.
Kikwazo kingine ni kwamba mbinu hiyo inahusishwa sana na viwango (sampuli za marejeleo). Kipengele hiki ni asili katika mbinu zote zisizo za uharibifu.
Matumizi ya mbinu
Uchambuzi wa fluorescence ya X-ray umeenea katika maeneo mengi. Haitumiki tu katika sayansi au tasnia, bali pia katika uwanja wa utamaduni na sanaa.
Imetumika katika:
- ulinzi wa mazingira na ikolojia kwa ajili ya kubaini metali nzito kwenye udongo, na pia kwa ajili ya kugundulika katika maji, mvua, erosoli mbalimbali;
- madini na jiolojia hufanya uchambuzi wa kiasi na ubora wa madini, udongo, miamba;
- sekta ya kemikali na madini - kudhibiti ubora wa malighafi, bidhaa zilizokamilishwa na mchakato wa uzalishaji;
- sekta ya rangi - changanua rangi ya risasi;
- sekta ya vito - pima mkusanyiko wa madini ya thamani;
- sekta ya mafuta - bainisha kiwango cha uchafuzi wa mafuta na mafuta;
- sekta ya chakula - tambua madini yenye sumu katika vyakula na viambato;
- kilimo - kuchambua vipengele vya ufuatiliaji katika udongo mbalimbali, na pia katika mazao ya kilimo;
- akiolojia - fanya uchanganuzi wa kimsingi, na pia tarehe ya matokeo;
- sanaa - wanasoma sanamu, michoro, huchunguza vitu na kuvichanganua.
Makazi ya Roho
Uchanganuzi wa fluorescence ya X-ray GOST 28033 - 89 imekuwa ikidhibiti tangu 1989. Hatimaswali yote kuhusu utaratibu yamesajiliwa. Ingawa hatua nyingi zimechukuliwa kwa miaka mingi kuboresha mbinu, hati bado inafaa.
Kulingana na GOST, uwiano wa nyenzo zilizosomwa huwekwa. Data inaonyeshwa kwenye jedwali.
Jedwali 1. Uwiano wa sehemu za wingi
| Kipengele kilichobainishwa | sehemu ya misa, % |
| Sulfuri | Kutoka 0.002 hadi 0.20 |
| Silicon | "0.05 " 5.0 |
| Molybdenum | "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 |
| Manganese | "0.05 " 20.0 |
| Vanadium | "0, 01 " 5, 0 |
| Tungsten | "0.05 " 20.0 |
| Phosphorus | "0.002 " 0.20 |
Vifaa vilivyotumika
Uchanganuzi wa taswira ya fluorescence ya X-ray hufanywa kwa kutumiavifaa maalum, mbinu na njia. Miongoni mwa vifaa na vifaa vinavyotumiwa katika GOST vimeorodheshwa:
- multichannel na spectromita za kuchanganua;
- mashine ya kusaga na emery (kusaga na kusaga, andika 3B634);
- grinder ya uso (Model 3E711B);
- lathi ya kukata screw (mfano 16P16).
- magurudumu ya kukata (GOST 21963);
- electrocorundum abrasive wheels (bondi ya kauri, saizi ya nafaka 50, ugumu St2, GOST 2424);
- karatasi ya kuweka mchanga (msingi wa karatasi, aina ya 2, chapa BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), electrocorundum - kawaida, ukubwa wa nafaka 50-12, GOST 6456);
- pombe ya ethyl ya kiufundi (iliyorekebishwa, GOST 18300);
- mchanganyiko wa argon-methane.
GOST inakubali kwamba nyenzo na vifaa vingine vinaweza kutumika kutoa uchanganuzi sahihi.
Maandalizi na sampuli kulingana na GOST
Mchanganuo wa umeme wa X-ray wa metali kabla ya uchanganuzi unahusisha utayarishaji wa sampuli maalum kwa ajili ya utafiti zaidi.
Maandalizi hufanywa kwa mpangilio ufaao:
- Uso wa kuwashwa umeinuliwa. Ikihitajika, futa kwa pombe.
- Sampuli imebanwa kwa nguvu dhidi ya ufunguzi wa kipokezi. Ikiwa sampuli ya uso haitoshi, basi vidhibiti maalum vinatumika.
- Kipima kipimo kimetayarishwa kwa ajili ya uendeshaji kulingana na maagizo ya matumizi.
- Kipima kipimo cha X-ray husahihishwa kwa kutumia sampuli ya kawaida inayotii GOST 8.315. Sampuli zenye uwiano sawa pia zinaweza kutumika kwa urekebishaji.
- Mahitimu ya msingi hufanywa angalau mara tano. Katika kesi hii, hii inafanywa wakati wa uendeshaji wa spectrometer kwa siku tofauti.
- Wakati wa kutekeleza urekebishaji unaorudiwa, inawezekana kutumia safu mbili za urekebishaji.
Uchambuzi na uchakataji wa matokeo
Njia ya uchanganuzi wa umeme wa eksirei kulingana na GOST inahusisha utendakazi wa safu mbili za vipimo sawia ili kupata mawimbi ya uchanganuzi ya kila kipengele kinachodhibitiwa.
Inaruhusiwa kutumia usemi wa thamani ya matokeo ya uchanganuzi na tofauti ya vipimo sawia. Katika vitengo vya kipimo, mizani huonyesha data iliyopatikana kwa kutumia sifa za urekebishaji.
Ikiwa tofauti inayokubalika inazidi vipimo sambamba, basi uchambuzi lazima urudiwe.
Kipimo kimoja pia kinawezekana. Katika hali hii, vipimo viwili vinafanywa kwa sambamba kuhusiana na sampuli moja kutoka kwa kura iliyochanganuliwa.
Tokeo la mwisho ni wastani wa hesabu wa vipimo viwili vilivyochukuliwa kwa usawa, au matokeo ya kipimo kimoja pekee.
Utegemezi wa matokeo kwenye sampuli ya ubora
Kwa uchanganuzi wa eksirei ya fluorescence, kikomo kinatumika tu kwa dutu ambamo kipengele kinatambuliwa. Kwa dutu tofauti, vikomo vya utambuzi wa kiasi wa vipengele ni tofauti.
Nambari ya atomiki ambayo kipengele kinaweza kuwa na jukumu kubwa. Mambo mengine kuwa sawa, ni vigumu zaidi kuamua vipengele vya mwanga, na vipengele nzito ni rahisi zaidi. Pia, kipengele sawa ni rahisi kutambua katika matrix nyepesi kuliko katika nzito.
Kwa hiyo, mbinu inategemea ubora wa sampuli tu kwa kiwango ambacho kipengele kinaweza kuwekwa katika utungaji wake.
