Rentgen-spektral analiz materialların öyrənilməsinin bütün üsulları arasında mühüm yer tutur. Test nümunəsini məhv etmədən ekspress nəzarət imkanına görə texnologiyanın müxtəlif sahələrində geniş istifadə olunur. Bir kimyəvi elementi təyin etmək üçün vaxt cəmi bir neçə saniyə ola bilər, tədqiq olunan maddələrin növünə praktiki olaraq heç bir məhdudiyyət yoxdur. Təhlil həm keyfiyyət, həm də kəmiyyət baxımından həyata keçirilir.
Rentgen spektral analizinin mahiyyəti
Rentgen spektral analizi materialların öyrənilməsi və idarə edilməsi üçün fiziki üsullardan biridir. O, bütün spektroskopiya üsulları üçün ümumi olan fikrə əsaslanır.
Rentgen spektral analizinin mahiyyəti atomlar sürətli elektronlar və ya kvantlarla bombardman edildikdə maddənin xarakterik rentgen şüaları buraxmaq qabiliyyətindədir. Eyni zamanda, onların enerjisi bir elektronu atomun qabığından çıxarmaq üçün lazım olan enerjidən çox olmalıdır. Belə bir təsir yalnız xarakterik bir radiasiya spektrinin görünüşünə səbəb olmur,az sayda spektral xətlərdən ibarət olmaqla yanaşı, həm də davamlıdır. Aşkar edilmiş hissəciklərin enerji tərkibinin qiymətləndirilməsi tədqiq olunan obyektin fiziki və kimyəvi xassələri haqqında nəticə çıxarmağa imkan verir.
Maddə üzərində təsir üsulundan asılı olaraq ya eyni tipli hissəciklər, ya da digərləri qeydə alınır. X-şüalarının absorbsiya spektroskopiyası da var, lakin o, əksər hallarda ənənəvi rentgen spektroskopiyasının əsas məsələlərini başa düşmək üçün köməkçi vasitə kimi xidmət edir.
Maddələrin növləri
Rentgen spektral analiz üsulları maddənin kimyəvi tərkibini öyrənməyə imkan verir. Bu üsuldan ekspress dağıdıcı olmayan sınaq metodu kimi də istifadə oluna bilər. Tədqiqata aşağıdakı növ maddələr daxil edilə bilər:
- metallar və ərintilər;
- rocks;
- şüşə və keramika;
- maye;
- aşındırıcılar;
- qazlar;
- amorf maddələr;
- polimerlər və digər üzvi birləşmələr;
- zülallar və nuklein turşuları.
Rentgen spektral analizi həmçinin materialların aşağıdakı xüsusiyyətlərini müəyyən etməyə imkan verir:
- faza tərkibi;
- tek kristalların, kolloid hissəciklərin oriyentasiyası və ölçüsü;
- lehimli vəziyyət diaqramları;
- atom quruluşu və kristal qəfəsin dislokasiyası;
- daxili stresslər;
- termal genişlənmə əmsalı və digər xüsusiyyətlər.
Bu metoda əsasənistehsal, materiallarda müxtəlif növ qeyri-bərabərliyi aşkar etməyə imkan verən rentgen şüalarının qüsurlarının aşkarlanmasından istifadə edir:
- mərmi;
- xarici daxilolmalar;
- məsamələr;
- çatlar;
- Səhv qaynaqlar və digər qüsurlar.
Analiz növləri
Rentgen şüalarının əmələ gəlmə üsulundan asılı olaraq aşağıdakı rentgen spektral analiz növləri fərqləndirilir:
- Rentgen-flüoresan. Atomlar ilkin rentgen şüaları (yüksək enerjili fotonlar) ilə həyəcanlanır. Bu, təxminən bir mikrosaniyə davam edir, bundan sonra onlar sakit, əsas mövqeyə keçirlər. Artıq enerji daha sonra foton şəklində buraxılır. Hər bir maddə bu hissəcikləri müəyyən enerji səviyyəsi ilə yayır ki, bu da onu dəqiq müəyyən etməyə imkan verir.
- Rentgen-radiometrik. Maddənin atomları radioaktiv izotopun qamma şüalanması ilə həyəcanlanır.
- Elektron zondu. Aktivləşdirmə bir neçə onlarla keV enerjiyə malik fokuslanmış elektron şüa tərəfindən həyata keçirilir.
- İon həyəcanlandırması ilə təhlil (protonlar və ya ağır ionlar).
Rentgen spektral analizinin ən geniş yayılmış üsulu flüoresansdır. Nümunə elektronlarla bombardman edildikdə rentgen şüalarının həyəcanlanması birbaşa, rentgen şüaları ilə şüalandıqda isə ikincili (flüoresan) adlanır.
Rentgen Flüoresan Analizinin Əsasları
X-ray flüoresans metodu geniş yayılmışdırsənaye və elmi tədqiqatlarda istifadə olunur. Spektrometrin əsas elementi ən çox rentgen boruları kimi istifadə olunan ilkin şüalanma mənbəyidir. Bu radiasiyanın təsiri altında nümunə xətt spektrinin rentgen şüalarını yayaraq floresan etməyə başlayır. Metodun ən mühüm xüsusiyyətlərindən biri odur ki, hər bir kimyəvi element sərbəst və ya bağlı vəziyyətdə (hər hansı bir birləşmənin tərkibində) olmasından asılı olmayaraq öz spektral xüsusiyyətlərinə malikdir. Xətlərin parlaqlığının dəyişdirilməsi onun konsentrasiyasını ölçməyə imkan verir.
X-ray borusu içərisində vakuum yaranan bir şardır. Borunun bir ucunda volfram tel şəklində bir katod var. Elektrik cərəyanı ilə elektronların buraxılmasını təmin edən temperaturlara qədər qızdırılır. Digər ucunda kütləvi metal hədəf şəklində bir anod var. Katod və anod arasında potensial fərq yaranır, bunun sayəsində elektronlar sürətlənir.
Yüksək sürətlə hərəkət edən yüklü hissəciklər anoda dəyir və bremsstrahlungları həyəcanlandırır. Borunun divarında rentgen şüalarının çıxdığı şəffaf bir pəncərə var (ən çox berilyumdan hazırlanır). Rentgen spektral analiz cihazlarında anod bir neçə növ metaldan hazırlanır: volfram, molibden, mis, xrom, palladium, qızıl, renium.
Şüalanmanın spektrə parçalanması və qeydiyyatı
Spektrdə 2 növ rentgen dispersiyası var - dalğa və enerji. Birinci növ ən çox yayılmışdır. Dalğaların dispersiyası prinsipi ilə işləyən rentgen spektrometrləri dalğaları müəyyən bucaq altında səpələyən analizator kristallarına malikdir.
Rentgen şüalarını bir spektrə parçalamaq üçün tək kristallardan istifadə olunur:
- litium florid;
- kvars;
- karbon;
- turşu kalium və ya tallium ftalat;
- silikon.
Onlar difraksiya barmaqlıqları rolunu oynayırlar. Kütləvi çox elementli analiz üçün alətlər kimyəvi elementlərin demək olar ki, bütün spektrini əhatə edən belə kristallar dəstindən istifadə edir.
Rentgen kameraları rentgenoqrafiya və ya foto plyonkada sabitlənmiş difraksiya nümunəsi əldə etmək üçün istifadə olunur. Bu üsul zəhmət tələb edən və daha az dəqiq olduğundan, hazırda yalnız metalların və digər materialların rentgen analizində qüsurların aşkarlanması üçün istifadə olunur.
Proporsional və parıldayan sayğaclar buraxılan hissəciklərin detektoru kimi istifadə olunur. Sonuncu növ sərt şüalanma bölgəsində yüksək həssaslığa malikdir. Detektorun fotokatoduna düşən fotonlar elektrik gərginliyinin impulsuna çevrilir. Siqnal əvvəlcə gücləndiriciyə, sonra isə kompüterin girişinə keçir.
Tətbiq sahəsi
Rentgen-flüoresan analizi aşağıdakı məqsədlər üçün istifadə olunur:
- yağda zərərli çirklərin təyini vəneft məhsulları (benzin, sürtkü yağları və s.); torpaqda, havada, suda, qidada ağır metallar və digər təhlükəli birləşmələr;
- kimya sənayesində katalizatorların təhlili;
- kristal qəfəs dövrünün dəqiq təyini;
- qeyri-dağıdıcı üsulla qoruyucu örtüklərin qalınlığının aşkarlanması;
- məhsulun hazırlandığı xammal mənbələrinin müəyyən edilməsi;
- maddənin mikrohəcmlərinin hesablanması;
- geologiya və metallurgiyada süxurların əsas və çirkli komponentlərinin təyini;
- mədəni və tarixi dəyərə malik olan obyektlərin (ikonalar, rəsmlər, freskalar, zərgərlik məmulatları, qablar, bəzək əşyaları və müxtəlif materiallardan hazırlanmış digər əşyalar) tədqiqi, onların tarixi;
- məhkəmə analizi üçün tərkibin müəyyən edilməsi.
Nümunə hazırlığı
Tədqiqat üçün ilkin olaraq nümunənin hazırlanması tələb olunur. Onlar rentgen analizi üçün aşağıdakı şərtlərə cavab verməlidirlər:
- Vahidlik. Bu şərt ən sadə şəkildə maye nümunələri üçün qarşılana bilər. Tədqiqatdan dərhal əvvəl məhlulu təbəqələşdirərkən, qarışdırılır. Şüalanmanın qısa dalğalı bölgəsindəki kimyəvi elementlər üçün homojenlik toz halına salınmaqla, uzun dalğa uzunluğunda isə sel ilə birləşmə yolu ilə əldə edilir.
- Xarici təsirlərə davamlıdır.
- Nümunə yükləyici ölçüsünə uyğun.
- Bərk nümunələrin optimal pürüzlülüyü.
Maye nümunələrinin bir sıra çatışmazlıqları olduğu üçün (buxarlanma, qızdırılan zaman onların həcminin dəyişməsi, yağıntırentgen şüalarının təsiri altında çöküntü), rentgen spektral analizi üçün quru maddədən istifadə etmək üstünlük təşkil edir. Toz nümunələri küvetə tökülür və sıxılır. Kyuvet adapter vasitəsilə tutucuya quraşdırılır.
Kəmiyyət analizi üçün toz nümunələrinin tabletlərə sıxılması tövsiyə olunur. Bunun üçün maddə incə toz halına gətirilir və sonra mətbuatda tabletlər hazırlanır. Kövrək maddələri düzəltmək üçün onlar borik turşusu substratına yerləşdirilir. Baloncukların olmamasını yoxlayarkən, mayelər bir pipetdən istifadə edərək küvetlərə tökülür.
Nümunələrin hazırlanması, analiz texnikasının və optimal rejimin seçilməsi, standartların seçilməsi və onlar üzrə analitik qrafiklərin qurulması fizikanın, kimyanın əsaslarını bilməli olan rentgen spektral analiz laborantı tərəfindən həyata keçirilir., spektrometrlərin dizaynı və tədqiqat metodologiyası.
Keyfiyyət təhlili
Nümunələrin keyfiyyət tərkibinin təyini onlarda müəyyən kimyəvi elementləri müəyyən etmək üçün aparılır. Kəmiyyət təyini aparılmır. Tədqiqat aşağıdakı ardıcıllıqla aparılır:
- nümunələrin hazırlanması;
- spektrometrin hazırlanması (istindirilməsi, qoniometrin quraşdırılması, dalğa uzunluğu diapazonunun təyin edilməsi, proqramda skan edilmiş addım və ekspozisiya müddəti);
- nümunənin sürətli skan edilməsi, alınan spektrlərin kompüterin yaddaşına yazılması;
- nəticədə spektral parçalanmanın deşifr edilməsi.
Hər andakı şüalanmanın intensivliyiskanlama kompüter monitorunda dalğa uzunluğunun çəkildiyi üfüqi ox boyunca, şaquli ox boyunca isə radiasiyanın intensivliyi şəklində qrafik şəklində göstərilir. Müasir spektrometrlərin proqram təminatı alınan məlumatların avtomatik deşifrə edilməsinə imkan verir. Keyfiyyətli rentgen analizinin nəticəsi nümunədə aşkar edilmiş kimyəvi maddələrin siyahısıdır.
Səhvlər
Yanlış müəyyən edilmiş kimyəvi elementlər tez-tez baş verə bilər. Bu, aşağıdakı səbəblərə görədir:
- səpələnmiş bremsstrahlungun təsadüfi kənarlaşmaları;
- anod materialından çıxan xətlər, fon radiasiyası;
- alət xətaları.
Ən böyük qeyri-dəqiqlik üzvi mənşəli yüngül elementlərin üstünlük təşkil etdiyi nümunələrin tədqiqində aşkar edilir. Metalların rentgen spektral analizini apararkən səpələnmiş şüalanmanın nisbəti daha az olur.
Kəmiyyət analizi
Kəmiyyət analizini aparmazdan əvvəl spektrometrin xüsusi parametrləri tələb olunur - standart nümunələrdən istifadə etməklə onun kalibrlənməsi. Sınaq nümunəsinin spektri kalibrləmə nümunələrinin şüalanmasından əldə edilən spektrlə müqayisə edilir.
Kimyəvi elementlərin təyin edilməsinin dəqiqliyi bir çox amillərdən asılıdır, məsələn:
- elementlərarası həyəcan effekti;
- arxa fonda səpilmə spektri;
- cihaz təsviri;
- spektrometrin hesablama xarakteristikasının xəttiliyi;
- X-ray borusu spektri və digərləri.
Bu üsul daha mürəkkəbdir və əvvəlcədən eksperimental və ya nəzəri olaraq müəyyən edilmiş sabitləri nəzərə alaraq analitik tədqiqat tələb edir.
Ləyaqət
Rentgen metodunun üstünlüklərinə aşağıdakılar daxildir:
- dağıdıcı olmayan sınaq imkanı;
- yüksək həssaslıq və dəqiqlik (10-3%-ə qədər çirkin təyini;
- təhlil edilmiş kimyəvi elementlərin geniş çeşidi;
- asan nümunə hazırlamaq;
- çox yönlülük;
- avtomatik təfsir imkanı və metodun yüksək performansı.
Qüsurlar
Rentgen spektral analizinin çatışmazlıqları arasında aşağıdakıları qeyd etmək olar:
- artan təhlükəsizlik tələbləri;
- fərdi məzuniyyətə ehtiyac;
- bəzi elementlərin xarakterik xətləri yaxın olduqda kimyəvi tərkibin çətin təfsiri;
- nəticələrin etibarlılığına təsir edən fon xarakterik şüalanmanı az altmaq üçün nadir materiallardan anodların istehsalı zərurəti.
