XRF (рентгендік флуоресценттік талдау) – ұнтақ, сұйық және қатты материалдардағы барлық дерлік химиялық элементтерді тікелей анықтайтын физикалық талдау әдісі.
Әдістің артықшылықтары
Бұл әдіс әмбебап, себебі ол үлгіні жылдам және оңай дайындауға негізделген. Әдіс өнеркәсіпте, ғылыми зерттеулер саласында кеңінен қолданылды. Рентгендік флуоресценциялық талдау әдісі әртүрлі қоршаған орта объектілерін өте күрделі талдауда, сондай-ақ өндірілген өнімнің сапасын бақылауда және дайын өнім мен шикізатты талдауда пайдалы орасан зор әлеуетке ие.
Тарих
Рентгендік флуоресценция талдауын алғаш рет 1928 жылы екі ғалым – Глокер және Шрайбер сипаттаған. Құрылғының өзін тек 1948 жылы ғалымдар Фридман мен Беркс жасаған. Детектор ретінде олар элемент ядросының атомдық нөміріне қатысты жоғары сезімталдықты көрсететін Гейгер санауышын алды.
Зерттеу әдісіндегі гелий немесе вакуумдық орта 1960 жылы қолданыла бастады. Олар жеңіл элементтерді анықтау үшін пайдаланылды. Сондай-ақ фторид кристалдарын қолдана бастадылитий. Олар дифракция үшін пайдаланылды. Толқын жолағын қоздыру үшін родий және хром түтіктері пайдаланылды.
Si(Li) - кремний литийінің дрейфтік детекторы 1970 жылы ойлап табылған. Ол деректердің жоғары сезімталдығын қамтамасыз етті және кристаллизаторды пайдалануды қажет етпеді. Дегенмен, бұл құралдың қуат ажыратымдылығы нашар болды.
Автоматтандырылған аналитикалық бөлік және технологиялық басқару компьютерлердің пайда болуымен машинаға ауыстырылды. Басқару аспаптағы панельден немесе компьютер пернетақтасынан жүзеге асырылды. Анализаторлардың танымал болғаны сонша, олар Аполлон 15 және Аполлон 16 миссияларына қосылды.
Қазіргі уақытта ғарыш станциялары мен ғарышқа ұшырылған кемелер осы құрылғылармен жабдықталған. Бұл басқа планеталардың тау жыныстарының химиялық құрамын анықтауға және талдауға мүмкіндік береді.
Әдіс мәні
Рентгендік флуоресценциялық талдаудың мәні физикалық талдау жүргізу болып табылады. Осылайша қатты заттарды да (шыны, металл, керамика, көмір, тау жыныстары, пластмасса) және сұйықтарды (мұнай, бензин, ерітінділер, бояулар, шарап және қан) талдауға болады. Әдіс өте аз концентрацияларды анықтауға мүмкіндік береді, ppm деңгейінде (миллионға бір бөлік). 100%-ға дейінгі үлкен үлгілер де зерттеуге жарамды.
Бұл талдау жылдам, қауіпсіз және қоршаған ортаға зиян келтірмейді. Ол нәтижелердің жоғары қайталану мүмкіндігіне және деректер дәлдігіне ие. Әдіс үлгідегі барлық элементтерді жартылай сандық, сапалық және сандық анықтауға мүмкіндік береді.
Рентгендік флуоресценциялық талдау әдісінің мәніқарапайым және түсінікті. Терминологияны бір жаққа тастап, әдісті қарапайым түрде түсіндіруге тырыссаңыз, ол шығады. Талдау атомның сәулеленуі нәтижесінде пайда болатын сәулеленуді салыстыру негізінде жүргізілетіні.
Бұдан бұрын белгілі стандартты деректер жинағы бар. Нәтижелерді осы деректермен салыстыра отырып, ғалымдар үлгінің құрамы қандай деген қорытындыға келді.
Заманауи құрылғылардың қарапайымдылығы мен қолжетімділігі оларды су астындағы зерттеулерде, ғарышта, мәдениет пен өнер саласындағы әртүрлі зерттеулерде пайдалануға мүмкіндік береді.
Жұмыс принципі
Бұл әдіс рентген сәулелерімен зерттелетін материалды экспозициялау арқылы алынатын спектрді талдауға негізделген.
Сәулелену кезінде атом қозғалған күйге ие болады, ол электрондардың жоғары ретті кванттық деңгейлерге ауысуымен бірге жүреді. Атом бұл күйде өте қысқа уақыт, шамамен 1 микросекунд тұрады, содан кейін ол өзінің негізгі күйіне (тыныш күй) оралады. Бұл кезде сыртқы қабықшаларда орналасқан электрондар не бос орындарды толтырып, артық энергияны фотондар түрінде шығарады, не энергияны сыртқы қабықшаларда орналасқан басқа электрондарға береді (оларды Auger электрондары деп атайды). Бұл кезде әрбір атом энергиясы қатаң мәнге ие фотоэлектронды шығарады. Мысалы, темір рентген сәулесінің әсеріне ұшыраған кезде Kα-ға тең фотондар шығарады, немесе 6,4 кеВ. Сәйкесінше, кванттар мен энергияның саны бойынша материяның құрылымын анықтауға болады.
Сәулелену көзі
Металл талдауының рентгендік флуоресценция әдісі емдеу көзі ретінде әртүрлі элементтердің изотоптарын да, рентген түтіктерін де пайдаланады. Әрбір елде шығарылатын изотоптардың экспорты мен импортына әртүрлі талаптар қойылады, сәйкесінше мұндай жабдықты өндіру өнеркәсібінде олар рентгендік түтікшені пайдалануды жөн көреді.
Мұндай түтіктер мыс, күміс, родий, молибден немесе басқа анодтармен бірге келеді. Кейбір жағдайларда анод тапсырмаға байланысты таңдалады.
Ток пен кернеу әртүрлі элементтер үшін әртүрлі. Кернеуі 10 кВ, ауыр - 40-50 кВ, орташа - 20-30 кВ жеңіл элементтерді зерттеу жеткілікті.
Жарық элементтерін зерттеу кезінде қоршаған атмосфера спектрге үлкен әсер етеді. Бұл әсерді азайту үшін арнайы камерадағы үлгіні вакуумға салады немесе кеңістік гелиймен толтырылады. Қозған спектрді арнайы құрылғы – детектор жазып алады. Әртүрлі элементтердің фотондарының бір-бірінен бөліну дәлдігі детектордың спектрлік рұқсатының қаншалықты жоғары екендігіне байланысты. Енді ең дәл - 123 эВ деңгейіндегі рұқсат. Рентгендік флуоресценция талдауын осындай диапазондағы құрылғы 100%-ға дейінгі дәлдікпен жүзеге асырады.
Фотоэлектрон арнайы санау электроникасы арқылы есептелетін кернеу импульсіне айналдырылғаннан кейін ол компьютерге беріледі. Рентгендік флуоресценция талдауын берген спектрдің шыңдарынан қайсысын сапалы анықтау оңай.зерттелетін үлгіде элементтер бар. Сандық мазмұнды дәл анықтау үшін алынған спектрді арнайы калибрлеу бағдарламасында зерттеу қажет. Бағдарлама алдын ала жасалған. Ол үшін құрамы жоғары дәлдікпен алдын ала белгілі прототиптер пайдаланылады.
Қарапайым тілмен айтқанда, зерттелетін заттың алынған спектрі белгілімен жай ғана салыстырылады. Осылайша, заттың құрамы туралы ақпарат алынады.
Мүмкіндіктер
Рентгендік флуоресцентті талдау әдісі талдауға мүмкіндік береді:
- өлшемі немесе массасы шамалы үлгілер (100-0,5 мг);
- шектердің айтарлықтай төмендеуі (XRF-тен 1-2 ретке төмен);
- кванттық энергиядағы өзгерістерді ескере отырып талдау.
Зерттелетін үлгінің қалыңдығы 1 мм-ден аспауы керек.
Таңдаудың мұндай өлшемі болған жағдайда үлгідегі қайталама процестерді басуға болады, олардың арасында:
- жарық матрицалардағы шыңды едәуір кеңейтетін бірнеше Комптондық шашырау;
- фотоэлектрондардың бремсстрахлунгы (фондық үстіртке үлес қосады);
- элемент аралық қозу, сонымен қатар спектрді өңдеу кезінде элементтер аралық түзетуді қажет ететін флуоресценция сіңіру.
Әдістің кемшіліктері
Маңызды кемшіліктердің бірі - жұқа үлгілерді дайындаумен бірге жүретін күрделілік, сонымен қатар материалдың құрылымына қатаң талаптар. Зерттеу үшін үлгі өте ұсақ дисперсті және біркелкі болуы керек.
Тағы бір кемшілік - бұл әдіс стандарттарға (анықтамалық үлгілер) қатты байланысты. Бұл мүмкіндік барлық бұзылмайтын әдістерге тән.
Әдістің қолданылуы
Рентгендік флуоресценциялық талдау көптеген аймақтарда кең тарады. Ол ғылымда немесе өндірісте ғана емес, мәдениет пен өнер саласында да қолданылады.
Қолданылған:
- топырақтағы ауыр металдарды анықтауға, сондай-ақ оларды суда, жауын-шашында, әртүрлі аэрозольдерде анықтау үшін қоршаған ортаны қорғау және экология;
- минералогия және геология пайдалы қазбалардың, топырақтың, тау жыныстарының сандық және сапалық талдауын жүргізеді;
- химия өнеркәсібі және металлургия - шикізаттың, дайын өнімнің сапасын және өндіріс процесін бақылау;
- бояу өнеркәсібі - қорғасын бояуын талдаңыз;
- зергерлік өнеркәсібі - асыл металдардың концентрациясын өлшеңіз;
- мұнай өнеркәсібі - мұнай мен отынның ластану дәрежесін анықтау;
- тамақ өнеркәсібі - тағамдар мен ингредиенттердегі улы металдарды анықтау;
- ауыл шаруашылығы - әртүрлі топырақтағы, сондай-ақ ауылшаруашылық өнімдеріндегі микроэлементтерді талдау;
- археология - элементтік талдау, сондай-ақ табылған заттардың мерзімін анықтау;
- өнер - олар мүсіндерді, кескіндемелерді зерттейді, заттарды зерттейді және талдайды.
Елес қонысы
Рентгендік флуоресценттік талдау ГОСТ 28033 - 89 1989 жылдан бері реттеледі. Құжатрәсімге қатысты барлық сұрақтар тіркеледі. Әдістемені жақсарту үшін жылдар бойы көптеген қадамдар жасалғанымен, құжат әлі де өзекті.
ГОСТ бойынша зерттелетін материалдардың пропорциялары белгіленген. Деректер кестеде көрсетіледі.
1-кесте. Массалық үлестердің қатынасы
| Анықталған элемент | Массалық үлес, % |
| Күкірт | 0,002-0,20 |
| Кремний | "0,05 "5,0 |
| Молибден | "0,05 "10,0 |
| титан | "0, 01 " 5, 0 |
| Кобальт | "0,05 "20,0 |
| Chrome | "0,05 "35,0 |
| Ниобий | "0, 01 " 2, 0 |
| Марганец | "0,05 "20,0 |
| Ванадий | "0, 01 " 5, 0 |
| Вольфрам | "0,05 "20,0 |
| Фосфор | "0,002 "0,20 |
Қолданбалы жабдық
Рентгендік флуоресценттік спектрлік талдау көмегімен жүзеге асырыладыарнайы жабдықтар, әдістер мен құралдар. ГОСТ-та қолданылатын жабдықтар мен материалдардың арасында:
- көп арналы және сканерлеуші спектрометрлер;
- ұнтақтау және тегістеу машинасы (ұнтақтау және тегістеу, 3B634 түрі);
- беттік тегістеуіш (3E711B үлгісі);
- бұранда кесетін токарь (16P16 үлгісі).
- кескіш дөңгелектер (ГОСТ 21963);
- электрокорундты абразивті дөңгелектер (керамикалық байланыс, түйіршік өлшемі 50, қаттылық St2, ГОСТ 2424);
- тегістеу қағазы (қағаз негізі, 2-ші үлгі, маркасы BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), электрокорунд - қалыпты, дән мөлшері 50-12, ГОСТ 6456);
- техникалық этил спирті (түзетілген, ГОСТ 18300);
- аргон-метан қоспасы.
ГОСТ дәл талдау жасау үшін басқа материалдар мен құрылғылардың пайдаланылуы мүмкін екенін мойындайды.
ГОСТ бойынша дайындау және сынама алу
Талдау алдында металдардың рентгендік флуоресценциялық талдауы кейінгі зерттеулер үшін арнайы үлгіні дайындауды қамтиды.
Дайындық тиісті тәртіпте жүргізіледі:
- Сәулеленетін бет ажарланған. Қажет болса, алкогольмен сүртіңіз.
- Үлгі ресивердің тесігіне қатты басылған. Үлгі беті жеткіліксіз болса, арнайы шектегіштер қолданылады.
- Спектрометр пайдалану нұсқауларына сәйкес жұмысқа дайындалған.
- Рентген спектрометрі ГОСТ 8.315 сәйкес стандартты үлгіні пайдаланып калибрленген. Біртекті үлгілерді калибрлеу үшін де пайдалануға болады.
- Бастауыш бітіру кемінде бес рет өткізіледі. Бұл жағдайда бұл спектрометрдің әртүрлі күндердегі жұмысы кезінде орындалады.
- Қайталанатын калибрлеуді жүргізген кезде калибрлеудің екі сериясын пайдалануға болады.
Нәтижені талдау және өңдеу
ГОСТ бойынша рентгендік флуоресценциялық талдау әдісі бақылаудағы әрбір элементтің аналитикалық сигналын алу үшін параллельді өлшеулердің екі қатарын орындауды қамтиды.
Аналитикалық нәтиженің мәні мен параллельді өлшемдердің сәйкессіздігінің өрнегін пайдалануға рұқсат етіледі. Өлшем бірліктерімен таразылар калибрлеу сипаттамалары арқылы алынған деректерді көрсетеді.
Егер рұқсат етілген сәйкессіздік параллель өлшемдерден асып кетсе, талдауды қайталау керек.
Бір өлшеуге де болады. Бұл жағдайда талданатын партияның бір үлгісіне қатысты екі өлшеу параллель орындалады.
Түпкілікті нәтиже параллель қабылданған екі өлшемнің орташа арифметикалық мәні немесе бір ғана өлшеудің нәтижесі болып табылады.
Нәтижелердің үлгі сапасына тәуелділігі
Рентгендік флуоресценция талдауы үшін шектеу элемент анықталған затқа ғана қолданылады. Әртүрлі заттар үшін элементтердің сандық анықтау шегі әртүрлі.
Элементтің атомдық нөмірі үлкен рөл атқаруы мүмкін. Басқа нәрселер тең болса, жеңіл элементтерді анықтау қиынырақ, ал ауыр элементтер оңайырақ. Сондай-ақ, бірдей элемент ауыр матрицаға қарағанда жеңіл матрицада оңай анықталады.
Сәйкесінше әдіс сынаманың сапасына элемент оның құрамында болатын шамада ғана байланысты.
