XRF (Rentgen-flüoresan analizi) toz, maye və bərk materiallardakı demək olar ki, bütün kimyəvi elementləri birbaşa təyin edən fiziki analiz üsuludur.
Metodun faydaları
Bu üsul tez və asan nümunə hazırlamağa əsaslandığı üçün universaldır. Metod sənayedə, elmi tədqiqatlar sahəsində geniş istifadə edilmişdir. Rentgen-flüoresan analiz metodu böyük potensiala malikdir, müxtəlif ətraf mühit obyektlərinin çox mürəkkəb təhlilində, həmçinin istehsal olunan məhsulların keyfiyyətinə nəzarətdə və hazır məhsul və xammalın təhlilində faydalıdır.
Tarix
Rentgen-flüoresan analizi ilk dəfə 1928-ci ildə iki alim - Glocker və Schreiber tərəfindən təsvir edilmişdir. Cihazın özü yalnız 1948-ci ildə alimlər Fridman və Burks tərəfindən yaradılmışdır. Detektor kimi onlar elementin nüvəsinin atom nömrəsinə görə yüksək həssaslıq göstərən Geiger sayğacını götürdülər.
Tədqiqat metodunda helium və ya vakuum mühiti 1960-cı ildə istifadə olunmağa başladı. Onlar yüngül elementləri müəyyən etmək üçün istifadə edilmişdir. Həmçinin florid kristallarından istifadə etməyə başladılitium. Onlar difraksiya üçün istifadə edilmişdir. Dalğa zolağını həyəcanlandırmaq üçün rodium və xrom boruları istifadə edilmişdir.
Si(Li) - silisium litium sürüşmə detektoru 1970-ci ildə icad edilmişdir. O, yüksək məlumat həssaslığını təmin etdi və kristalizatorun istifadəsini tələb etmirdi. Bununla belə, bu alətin enerji ayırdetmə qabiliyyəti daha pis idi.
Kompüterlərin yaranması ilə avtomatlaşdırılmış analitik hissə və prosesə nəzarət maşına köçürüldü. Nəzarət alətdəki paneldən və ya kompüter klaviaturasından həyata keçirilirdi. Analizatorlar o qədər populyarlaşdılar ki, onlar Apollo 15 və Apollo 16 missiyalarına daxil edildi.
Hazırda kosmosa buraxılan kosmik stansiyalar və gəmilər bu cihazlarla təchiz olunub. Bu, digər planetlərin süxurlarının kimyəvi tərkibini müəyyən etməyə və təhlil etməyə imkan verir.
Metod Essence
Rentgen-flüoresan analizinin mahiyyəti fiziki analiz aparmaqdır. Bu üsulla həm bərk maddələri (şüşə, metal, keramika, kömür, qaya, plastik), həm də mayeləri (yağ, benzin, məhlullar, boyalar, şərab və qan) təhlil etmək mümkündür. Metod ppm səviyyəsində (milyonda bir hissə) çox kiçik konsentrasiyaları təyin etməyə imkan verir. 100%-ə qədər olan böyük nümunələr də tədqiqat üçün əlverişlidir.
Bu analiz sürətli, təhlükəsizdir və ətraf mühitə zərər vermir. Nəticələrin yüksək təkrarlanma qabiliyyətinə və məlumatların dəqiqliyinə malikdir. Metod nümunədə olan bütün elementlərin yarı-kəmiyyət, keyfiyyət və kəmiyyət aşkarlanmasına imkan verir.
Rentgen-flüoresan analiz metodunun mahiyyətisadə və başa düşülən. Terminologiyanı bir kənara qoyub metodu daha sadə izah etməyə çalışsanız, belə çıxır. Analiz atomun şüalanması nəticəsində yaranan şüalanmanın müqayisəsi əsasında aparılır.
Artıq məlum olan bir sıra standart data var. Nəticələri bu məlumatlarla müqayisə edərək, alimlər nümunənin tərkibinin nə olduğu qənaətinə gəlirlər.
Müasir cihazların sadəliyi və əlçatanlığı onlardan su altı tədqiqatlarda, kosmosda, mədəniyyət və incəsənət sahəsində müxtəlif tədqiqatlarda istifadə etməyə imkan verir.
İş prinsipi
Bu üsul rentgen şüaları ilə tədqiq ediləcək materialın ifşa edilməsi ilə əldə edilən spektrin təhlilinə əsaslanır.
Şüalanma zamanı atom həyəcanlanmış vəziyyət əldə edir ki, bu da elektronların daha yüksək dərəcəli kvant səviyyələrinə keçidi ilə müşayiət olunur. Atom bu vəziyyətdə çox qısa müddətə, təxminən 1 mikrosaniyə qalır və bundan sonra öz əsas vəziyyətinə (sakit vəziyyətə) qayıdır. Bu zaman xarici qabıqlarda yerləşən elektronlar ya boş yerləri doldurur və artıq enerjini fotonlar şəklində buraxır, ya da enerjini xarici qabıqlarda yerləşən digər elektronlara ötürür (onlara Auger elektronları deyilir). Bu zaman hər bir atom enerjisi ciddi qiymətə malik olan bir fotoelektron buraxır. Məsələn, dəmir, rentgen şüalarına məruz qaldıqda, Ka-ya bərabər olan fotonlar və ya 6,4 keV-ə bərabərdir. Buna uyğun olaraq, kvantların və enerjilərin sayına görə maddənin quruluşunu mühakimə etmək olar.
Radiasiya mənbəyi
Metal analizinin rentgen-flüoresan metodu müalicə üçün mənbə kimi həm müxtəlif elementlərin izotoplarından, həm də rentgen borularından istifadə edir. Hər bir ölkədə emissiya izotoplarının ixracı və idxalı üçün müxtəlif tələblər var, müvafiq olaraq bu cür avadanlıqların istehsalı üçün sənayedə onlar rentgen borusundan istifadə etməyə üstünlük verirlər.
Belə borular mis, gümüş, rodium, molibden və ya digər anodlarla gəlir. Bəzi hallarda anod vəzifədən asılı olaraq seçilir.
Cərəyan və gərginlik müxtəlif elementlər üçün fərqlidir. Gərginliyi 10 kV, ağır - 40-50 kV, orta - 20-30 kV olan yüngül elementləri araşdırmaq kifayətdir.
Yüngül elementlərin tədqiqi zamanı ətrafdakı atmosfer spektrə böyük təsir göstərir. Bu effekti az altmaq üçün xüsusi kameradakı nümunə vakuuma yerləşdirilir və ya boşluq heliumla doldurulur. Həyəcanlı spektr xüsusi cihaz - detektor tərəfindən qeydə alınır. Müxtəlif elementlərin fotonlarının bir-birindən ayrılmasının dəqiqliyi detektorun spektral ayırdetmə qabiliyyətinin nə qədər yüksək olmasından asılıdır. İndi ən dəqiq 123 eV səviyyəsində olan qətnamədir. X-ray flüoresan analizi belə diapazonlu cihaz tərəfindən 100%-ə qədər dəqiqliklə həyata keçirilir.
Fotoelektron xüsusi hesablama elektronikası tərəfindən hesablanan gərginlik impulsuna çevrildikdən sonra kompüterə ötürülür. X-ray floresan analizini verən spektrin zirvələrindən hansının keyfiyyətcə müəyyən edilməsi asandır.tədqiq olunan nümunədə elementlər var. Kəmiyyət tərkibini dəqiq müəyyən etmək üçün xüsusi kalibrləmə proqramında əldə edilən spektri öyrənmək lazımdır. Proqram əvvəlcədən hazırlanmışdır. Bunun üçün tərkibi əvvəlcədən yüksək dəqiqliklə məlum olan prototiplərdən istifadə olunur.
Sadə dillə desək, öyrənilən maddənin əldə edilmiş spektri sadəcə olaraq məlum olanla müqayisə edilir. Beləliklə, maddənin tərkibi haqqında məlumat əldə edilir.
Fürsətlər
Rentgen-flüoresan analiz metodu sizə təhlil etməyə imkan verir:
- ölçüsü və ya kütləsi əhəmiyyətsiz olan nümunələr (100-0,5 mq);
- limitlərdə əhəmiyyətli azalma (XRF-dən 1-2 miqyasda aşağı);
- kvant enerjisindəki dəyişiklikləri nəzərə alan analiz.
Tədqiq ediləcək nümunənin qalınlığı 1 mm-dən çox olmamalıdır.
Belə bir nümunə ölçüsü olduqda, nümunədə ikincil prosesləri sıxışdırmaq mümkündür, bunlar arasında:
- yüngül matrislərində pik nöqtəsini əhəmiyyətli dərəcədə genişləndirən çoxlu Kompton səpilməsi;
- fotoelektronların bremsstrahlung (fon platosuna töhfə verir);
- elementlərarası həyəcanlanma, eləcə də spektrin işlənməsi zamanı elementlərarası korreksiya tələb edən flüoresan udma.
Metodun çatışmazlıqları
Əhəmiyyətli çatışmazlıqlardan biri nazik nümunələrin hazırlanmasını müşayiət edən mürəkkəblik, eləcə də materialın strukturuna ciddi tələblərdir. Tədqiqat üçün nümunə çox incə dağılmış və yüksək vahid olmalıdır.
Digər çatışmazlıq metodun standartlara (istinad nümunələri) çox bağlı olmasıdır. Bu xüsusiyyət bütün dağıdıcı olmayan metodlara xasdır.
Metodun tətbiqi
Rentgen-flüoresan analizi bir çox sahələrdə geniş yayılmışdır. O, təkcə elm və ya sənayedə deyil, həm də mədəniyyət və incəsənət sahəsində istifadə olunur.
İstifadə olunub:
- torpaqlarda ağır metalların təyini, eləcə də suda, yağıntılarda, müxtəlif aerozollarda aşkarlanması üçün ətraf mühitin mühafizəsi və ekologiya;
- mineralogiya və geologiya mineralların, torpaqların, süxurların kəmiyyət və keyfiyyət analizini həyata keçirir;
- kimya sənayesi və metallurgiya - xammalın, hazır məhsulların və istehsal prosesinin keyfiyyətinə nəzarət;
- boya sənayesi - qurğuşun boyasını təhlil edin;
- zərgərlik sənayesi - qiymətli metalların konsentrasiyasını ölçün;
- neft sənayesi - neftin və yanacağın çirklənmə dərəcəsini təyin etmək;
- qida sənayesi - qidalarda və inqrediyentlərdə zəhərli metalları müəyyən edin;
- kənd təsərrüfatı - müxtəlif torpaqlarda, eləcə də kənd təsərrüfatı məhsullarında mikroelementləri təhlil edin;
- arxeologiya - elementar analizi, həmçinin tapıntıların tarixini təyin edin;
- art - onlar heykəlləri, rəsmləri öyrənirlər, əşyaları yoxlayır və təhlil edirlər.
Ghost qəsəbəsi
Rentgen-flüoresan analizi GOST 28033 - 89 1989-cu ildən bəri tənzimlənir. Sənədprosedurla bağlı bütün suallar qeydə alınır. Metodun təkmilləşdirilməsi üçün illər ərzində bir çox addımlar atılsa da, sənəd hələ də aktualdır.
QOST-a əsasən öyrənilən materialların nisbətləri müəyyən edilir. Məlumat cədvəldə göstərilir.
Cədvəl 1. Kütləvi fraksiyaların nisbəti
| Müəyyən edilmiş element | Kütləvi pay, % |
| Kükürd | 0,002 - 0,20 |
| Silikon | "0,05 " 5,0 |
| Molibden | "0,05 " 10,0 |
| Titan | "0, 01 " 5, 0 |
| Kob alt | "0,05 " 20,0 |
| Chrome | "0,05 " 35,0 |
| Niobiyum | "0, 01 " 2, 0 |
| Manqan | "0,05 " 20,0 |
| Vanadium | "0, 01 " 5, 0 |
| Volfram | "0,05 " 20,0 |
| Fosfor | "0,002 " 0,20 |
Tətbiqi avadanlıq
X-ray flüoresan spektral analiz istifadə edərək həyata keçirilirxüsusi avadanlıq, üsul və vasitələr. GOST-da istifadə olunan avadanlıq və materiallar arasında aşağıdakılar var:
- çoxkanallı və skan edən spektrometrlər;
- daşlama və zımpara maşını (daşlama və üyütmə, tip 3B634);
- səthi dəyirman (Model 3E711B);
- vida kəsən torna (model 16P16).
- kəsici təkərlər (GOST 21963);
- elektrokorund aşındırıcı təkərlər (keramika bağı, taxıl ölçüsü 50, sərtlik St2, GOST 2424);
- zımpara kağızı (kağız əsası, 2-ci növ, marka BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorund - normal, dən ölçüsü 50-12, QOST 6456);
- texniki etil spirti (rektifikasiya olunmuş, GOST 18300);
- arqon-metan qarışığı.
GOST dəqiq təhlili təmin etmək üçün digər materiallar və aparatlardan istifadə oluna biləcəyini etiraf edir.
GOST uyğun olaraq hazırlanması və nümunə götürülməsi
Təhlildən əvvəl metalların rentgen-flüoresans analizi sonrakı tədqiqatlar üçün xüsusi nümunənin hazırlanmasını nəzərdə tutur.
Hazırlıq müvafiq qaydada aparılır:
- Şüalanacaq səth itilənir. Lazım gələrsə, spirtlə silin.
- Nümunə qəbuledicinin açılışına möhkəm basılır. Nümunə səthi kifayət deyilsə, xüsusi məhdudlaşdırıcılardan istifadə olunur.
- Spektrometr istifadə üçün təlimatlara uyğun olaraq işləməyə hazırlanır.
- Rentgen spektrometri QOST 8.315-ə uyğun standart nümunədən istifadə etməklə kalibrlənir. Homojen nümunələr də kalibrləmə üçün istifadə edilə bilər.
- İbtidai buraxılış ən azı beş dəfə həyata keçirilir. Bu halda, bu, spektrometrin müxtəlif günlərdə işləməsi zamanı edilir.
- Təkrar kalibrləmələr apararkən iki sıra kalibrləmədən istifadə etmək mümkündür.
Nəticə təhlili və emal
QOST-a uyğun olaraq rentgen-flüoresan analiz metodu nəzarət altında olan hər bir elementin analitik siqnalını əldə etmək üçün iki sıra paralel ölçmələrin aparılmasını nəzərdə tutur.
Analitik nəticənin qiymətinin və paralel ölçmələrin uyğunsuzluğunun ifadəsindən istifadə etməyə icazə verilir. Ölçü vahidlərində tərəzilər kalibrləmə xüsusiyyətlərindən istifadə etməklə əldə edilən məlumatları ifadə edir.
İcazə verilən uyğunsuzluq paralel ölçmələri keçərsə, analiz təkrarlanmalıdır.
Bir ölçmə də mümkündür. Bu halda, təhlil edilən lotdan bir nümunə ilə bağlı paralel olaraq iki ölçmə aparılır.
Son nəticə paralel olaraq alınan iki ölçmənin arifmetik ortası və ya tək bir ölçmənin nəticəsidir.
Nəticələrin nümunə keyfiyyətindən asılılığı
Rentgen-flüoresan analizi üçün limit yalnız elementin aşkar edildiyi maddəyə aiddir. Müxtəlif maddələr üçün elementlərin kəmiyyət aşkarlama hədləri fərqlidir.
Elementin atom nömrəsi böyük rol oynaya bilər. Digər şeylər bərabər olduqda, yüngül elementləri müəyyən etmək daha çətindir, ağır elementlər isə daha asandır. Həmçinin, eyni elementi yüngül matrisdə müəyyən etmək ağır olandan daha asandır.
Müvafiq olaraq, üsul nümunənin keyfiyyətindən yalnız elementin onun tərkibində ola bildiyi dərəcədə asılıdır.
