Uchambuzi wa taswira ya X-ray unachukua nafasi muhimu kati ya mbinu zote za nyenzo za kusomea. Inatumika sana katika nyanja mbalimbali za teknolojia kutokana na uwezekano wa kudhibiti wazi bila kuharibu sampuli ya mtihani. Wakati wa kuamua kipengee kimoja cha kemikali unaweza kuwa sekunde chache tu; hakuna vizuizi kwa aina ya dutu inayosomwa. Uchambuzi unafanywa katika hali ya ubora na kiasi.
Kiini cha uchambuzi wa taswira ya X-ray
Uchambuzi wa taswira ya eksirei ni mojawapo ya mbinu halisi za utafiti na udhibiti wa nyenzo. Inatokana na wazo linalojulikana kwa mbinu zote za uchunguzi wa macho.
Kiini cha uchanganuzi wa taswira ya eksirei ni uwezo wa dutu kutoa mionzi ya X-ray wakati atomi zinapigwa na elektroni za kasi au quanta. Wakati huo huo, nishati yao lazima iwe kubwa zaidi kuliko nishati ambayo ni muhimu kuvuta elektroni kutoka kwa shell ya atomi. Athari kama hiyo husababisha sio tu kuonekana kwa wigo wa mionzi ya tabia,inayojumuisha idadi ndogo ya mistari ya spectral, lakini pia inaendelea. Ukadiriaji wa muundo wa nishati wa chembe zilizogunduliwa huwezesha kufikia hitimisho kuhusu sifa za kimwili na kemikali za kitu kinachochunguzwa.
Kulingana na mbinu ya utendaji kwenye dutu, aidha chembe za aina sawa au zingine hurekodiwa. Pia kuna uchunguzi wa ufyonzaji wa X-ray, lakini mara nyingi hutumika kama zana saidizi ya kuelewa masuala muhimu ya taswira ya jadi ya X-ray.
Aina za Dawa
Mbinu za uchanganuzi wa taswira ya X-ray huturuhusu kuchunguza utungaji wa kemikali wa dutu. Mbinu hii pia inaweza kutumika kama mbinu ya majaribio isiyo na uharibifu. Aina zifuatazo za dutu zinaweza kujumuishwa katika utafiti:
- chuma na aloi;
- miamba;
- glasi na kauri;
- maji;
- abrasives;
- gesi;
- vitu vya amofasi;
- polima na misombo mingine ya kikaboni;
- protini na asidi nucleic.
Uchambuzi wa taswira ya X-ray pia hukuruhusu kubainisha sifa zifuatazo za nyenzo:
- utunzi wa awamu;
- mwelekeo na saizi ya fuwele moja, chembe za colloidal;
- michoro ya hali ya aloi;
- muundo wa atomiki na kutengana kwa kimiani ya kioo;
- mifadhaiko ya ndani;
- mgawo wa upanuzi wa joto na sifa zingine.
Kulingana na mbinu hii katikautayarishaji hutumia ugunduzi wa dosari ya X-ray, ambayo hukuruhusu kugundua aina mbalimbali za kutofautiana katika nyenzo:
- shell;
- jumuishi za kigeni;
- vishimo;
- nyufa;
- Weld mbovu na kasoro zingine.
Aina za uchanganuzi
Kulingana na njia ya kutoa mionzi ya X-ray, aina zifuatazo za uchambuzi wa taswira ya X-ray zinajulikana:
- fluorescent ya X-ray. Atomi huchangamshwa na mionzi ya msingi ya X-ray (photoni zenye nguvu nyingi). Hii hudumu kwa sekunde ndogo, baada ya hapo wanahamia kwenye nafasi ya utulivu, ya msingi. Nishati ya ziada hutolewa kwa namna ya photon. Kila dutu hutoa chembe hizi kwa kiwango fulani cha nishati, ambayo hufanya iwezekane kuitambua kwa usahihi.
- X-ray radiometric. Atomi za mada huchangamshwa na mionzi ya gama kutoka kwa isotopu ya mionzi.
- Kichunguzi cha elektroni. Uamilisho unafanywa na boriti ya elektroni iliyolengwa yenye nishati ya makumi kadhaa ya keV.
- Jaribu kwa msisimko wa ioni (protoni au ayoni nzito).
Njia inayojulikana zaidi ya uchanganuzi wa taswira ya X-ray ni fluorescence. Msisimko wa eksirei wakati sampuli inapigwa na elektroni huitwa moja kwa moja, na inapoangaziwa na eksirei huitwa upili (fluorescent).
Misingi ya Uchunguzi wa X-ray Fluorescence
Mbinu ya X-ray ya fluorescence kwa upanakutumika katika tasnia na utafiti wa kisayansi. Kipengele kikuu cha spectrometer ni chanzo cha mionzi ya msingi, ambayo hutumiwa mara nyingi kama mirija ya X-ray. Chini ya ushawishi wa mionzi hii, sampuli huanza fluoresce, kutoa x-rays ya wigo wa mstari. Moja ya vipengele muhimu zaidi vya njia ni kwamba kila kipengele cha kemikali kina sifa zake za spectral, bila kujali ni katika hali ya bure au iliyofungwa (kama sehemu ya kiwanja chochote). Kubadilisha ung'avu wa mistari hurahisisha kukadiria ukolezi wake.
Bomba la X-ray ni puto ambamo utupu hutengenezwa. Katika mwisho mmoja wa bomba kuna cathode kwa namna ya waya ya tungsten. Inapokanzwa na mkondo wa umeme kwa joto linalohakikisha utoaji wa elektroni. Kwa upande mwingine ni anode kwa namna ya shabaha kubwa ya chuma. Tofauti inayoweza kutokea inaundwa kati ya kathodi na anodi, kutokana na ambayo elektroni huharakishwa.
Chembe chembe za chaji zinazosonga kwa kasi ya juu hugonga anodi na kuchangamsha bremsstrahlung. Kuna dirisha la uwazi kwenye ukuta wa bomba (mara nyingi hutengenezwa kwa berili) ambayo eksirei hutoka. Anode katika vifaa vya uchanganuzi wa taswira ya X-ray imeundwa kwa aina kadhaa za chuma: tungsten, molybdenum, shaba, chromium, paladiamu, dhahabu, rhenium.
Mtengano wa mionzi katika wigo na usajili wake
Kuna aina 2 za mtawanyiko wa X-ray katika wigo - wimbi na nishati. Aina ya kwanza ni ya kawaida zaidi. Vipimo vya uchunguzi wa X-ray, vinavyofanya kazi kwa kanuni ya mtawanyiko wa mawimbi, vina fuwele za kichanganuzi ambazo hutawanya mawimbi kwa pembe fulani.
Fuwele moja hutumika kutenganisha X-ray kuwa masafa:
- lithiamu floridi;
- quartz;
- kaboni;
- asidi potasiamu au thallium phthalate;
- silicon.
Wanacheza nafasi ya gratings diffraction. Kwa uchanganuzi wa wingi wa vipengele vingi, ala hutumia seti ya fuwele kama hizo ambazo karibu hufunika safu nzima ya vipengele vya kemikali.
Kamera za eksirei hutumika kupata radiograph, au muundo wa diffraction uliowekwa kwenye filamu ya picha. Kwa kuwa njia hii ni ngumu na isiyo sahihi, kwa sasa inatumika tu kugundua dosari katika uchanganuzi wa X-ray ya metali na nyenzo zingine.
Vihesabio sawia na vya kukamua hutumika kama vigunduzi vya chembe zinazotoka. Aina ya mwisho ina unyeti mkubwa katika eneo la mionzi ngumu. Picha zinazoanguka kwenye photocathode ya detector hubadilishwa kuwa pigo la voltage ya umeme. Ishara kwanza huenda kwa amplifaya, na kisha kwa ingizo la kompyuta.
Wigo wa maombi
Uchanganuzi wa fluorescence ya X-ray hutumika kwa madhumuni yafuatayo:
- uamuzi wa uchafu unaodhuru katika mafuta nabidhaa za petroli (petroli, mafuta na wengine); metali nzito na misombo mingine hatari katika udongo, hewa, maji, chakula;
- uchambuzi wa vichocheo katika tasnia ya kemikali;
- uamuzi sahihi wa kipindi cha kimiani cha fuwele;
- kugundua unene wa mipako ya kinga kwa njia isiyo ya uharibifu;
- kubainisha vyanzo vya malighafi ambayo bidhaa hiyo imetengenezwa;
- hesabu ya kiasi kidogo cha maada;
- uamuzi wa sehemu kuu na uchafu wa miamba katika jiolojia na madini;
- utafiti wa vitu vya thamani ya kitamaduni na kihistoria (ikoni, picha za kuchora, michoro, vito, sahani, mapambo na vitu vingine vilivyotengenezwa kwa nyenzo mbalimbali), tarehe zao;
- uamuzi wa utunzi kwa uchambuzi wa kitaalamu.
Maandalizi ya mfano
Kwa ajili ya utafiti, maandalizi ya sampuli yanahitajika hapo awali. Lazima zitimize masharti yafuatayo kwa uchanganuzi wa X-ray:
- Usawa. Hali hii inaweza kupatikana kwa urahisi zaidi kwa sampuli za kioevu. Wakati wa kuweka suluhisho mara moja kabla ya utafiti, huchanganywa. Kwa vipengele vya kemikali katika eneo la urefu wa mawimbi mafupi ya mionzi, usawaziko hupatikana kwa kusaga kuwa poda, na katika eneo la urefu wa mawimbi, kwa kuunganishwa na flux.
- Inastahimili athari za nje.
- Inafaa kwa sampuli ya saizi ya kipakiaji.
- Ukwaru kamili wa sampuli thabiti.
Kwa kuwa sampuli za kioevu zina hasara kadhaa (uvukizi, mabadiliko ya ujazo wake wakati wa kupasha joto, kunyeshaprecipitate chini ya hatua ya mionzi ya X-ray), ni vyema kutumia suala kavu kwa ajili ya uchambuzi X-ray spectral. Sampuli za poda hutiwa ndani ya cuvette na kushinikizwa. Cuvette imesakinishwa kwenye kishikilia kupitia adapta.
Kwa uchanganuzi wa kiasi, sampuli za poda zinapendekezwa kubanwa kwenye kompyuta kibao. Kwa kufanya hivyo, dutu hii hupigwa kwa hali ya poda nzuri, na kisha vidonge vinafanywa kwenye vyombo vya habari. Ili kurekebisha vitu vinavyoweza kukauka, huwekwa kwenye substrate ya asidi ya boroni. Kimiminiko hutiwa ndani ya cuvettes kwa kutumia pipette, huku kikiangalia kutokuwepo kwa viputo.
Maandalizi ya sampuli, uteuzi wa mbinu ya uchanganuzi na hali bora, uteuzi wa viwango na ujenzi wa grafu za uchambuzi juu yao hufanywa na msaidizi wa maabara ya uchunguzi wa X-ray ambaye lazima ajue misingi ya fizikia, kemia., muundo wa spectromita na mbinu ya utafiti.
Uchambuzi wa ubora
Uamuzi wa utungaji wa ubora wa sampuli unafanywa ili kutambua vipengele fulani vya kemikali ndani yake. Ukadiriaji haufanyiki. Utafiti unafanywa kwa mpangilio ufuatao:
- kutayarisha sampuli;
- kutayarisha spectrometer (kuipasha joto, kusakinisha goniometer, kuweka masafa ya urefu wa mawimbi, hatua ya kuchanganua na muda wa kukaribia aliyeambukizwa kwenye programu);
- uchanganuzi wa haraka wa sampuli, kurekodi mwonekano uliopatikana kwenye kumbukumbu ya kompyuta;
- kubainisha mtengano wa spectral unaotokana.
Kiwango cha mionzi kila wakatiskanning inaonyeshwa kwenye kufuatilia kompyuta kwa namna ya grafu, kando ya mhimili wa usawa ambao urefu wa wavelength umepangwa, na kando ya mhimili wa wima - ukubwa wa mionzi. Programu ya spectrometers ya kisasa inafanya uwezekano wa kuamua moja kwa moja data iliyopatikana. Matokeo ya uchanganuzi wa ubora wa X-ray ni orodha ya mistari ya kemikali ambayo ilipatikana kwenye sampuli.
Makosa
Vipengee vya kemikali vilivyotambuliwa kwa uwongo vinaweza kutokea mara nyingi. Hii ni kutokana na sababu zifuatazo:
- mikengeuko nasibu ya bremsstrahlung iliyotawanyika;
- mistari iliyopotea kutoka kwa nyenzo ya anode, mionzi ya nyuma;
- hitilafu za chombo.
Usahihi mkubwa zaidi unafichuliwa katika utafiti wa sampuli, ambazo hutawaliwa na vipengele vyepesi vya asili ya kikaboni. Wakati wa kufanya uchambuzi wa mionzi ya X-ray ya metali, uwiano wa mionzi iliyotawanyika ni kidogo.
Uchambuzi wa kiasi
Kabla ya kufanya uchanganuzi wa kiasi, mpangilio maalum wa spectrometer inahitajika - urekebishaji wake kwa kutumia sampuli za kawaida. Wigo wa sampuli ya majaribio inalinganishwa na wigo uliopatikana kutokana na miale ya sampuli za urekebishaji.
Usahihi wa kubainisha vipengele vya kemikali hutegemea mambo mengi, kama vile:
- athari ya msisimko wa kiungo;
- wigo wa kutawanya usuli;
- ubora wa kifaa;
- linearity ya sifa ya kuhesabu ya spectrometer;
- wigo wa bomba la X-ray na mengineyo.
Njia hii ni ngumu zaidi na inahitaji uchunguzi wa uchanganuzi, kwa kuzingatia viwango vilivyobainishwa mapema kwa majaribio au kinadharia.
Hadhi
Faida za mbinu ya X-ray ni pamoja na:
- uwezekano wa majaribio yasiyo ya uharibifu;
- unyeti wa hali ya juu na usahihi (uamuzi wa uchafu hadi 10-3%);
- mbalimbali ya vipengele vya kemikali vilivyochanganuliwa;
- maandalizi rahisi ya sampuli;
- utumiaji anuwai;
- uwezekano wa tafsiri ya kiotomatiki na utendakazi wa juu wa mbinu.
Dosari
Miongoni mwa hasara za uchambuzi wa spectral ya X-ray ni zifuatazo:
- mahitaji yaliyoongezeka ya usalama;
- haja ya kuhitimu kwa mtu binafsi;
- ufafanuzi mgumu wa utunzi wa kemikali wakati mistari bainifu ya baadhi ya vipengele iko karibu;
- umuhimu wa kutengeneza anodi kutoka kwa nyenzo adimu ili kupunguza mionzi bainifu ya usuli ambayo huathiri kutegemewa kwa matokeo.
