XRF (рентгендик флуоресценция анализи) – порошок, суюк жана катуу материалдардагы дээрлик бардык химиялык элементтерди түздөн-түз аныктоочу физикалык анализ ыкмасы.
Усулдун пайдасы
Бул ыкма универсалдуу, анткени ал үлгүнү тез жана оңой даярдоого негизделген. Метод өндүрүштө, илимий изилдөөлөр тармагында кеңири колдонулуп келген. Анализдин рентгендик флуоресценттик ыкмасы эбегейсиз зор потенциалга ээ, ал айлана-чөйрөнүн ар кандай объектилерин өтө татаал анализдөөдө, ошондой эле өндүрүлгөн продукциянын сапатын контролдоодо жана даяр продукция менен чийки заттарды анализдөөдө пайдалуу.
Тарых
Рентген флуоресценттик анализи биринчи жолу 1928-жылы эки окумуштуу - Глокер жана Шрайбер тарабынан сүрөттөлгөн. Аппараттын өзү 1948-жылы гана окумуштуулар Фридман жана Беркс тарабынан түзүлгөн. Детектор катары алар элементтин ядросунун атомдук санына карата жогорку сезгичтикти көрсөткөн Гейгер эсептегичти алышты.
Изилдөө методундагы гелий же вакуум чөйрөсү 1960-жылы колдонула баштаган. Алар жарык элементтерин аныктоо үчүн колдонулган. Ошондой эле фторид кристаллдарын колдоно баштадылитий. Алар дифракция үчүн колдонулган. Толкун тилкесин дүүлүктүрүү үчүн родий жана хром түтүктөрү колдонулган.
Si(Li) - кремний литий дрейф детектору 1970-жылы ойлоп табылган. Ал жогорку маалымат сезгичтигин камсыз кылган жана кристаллизаторду колдонууну талап кылган эмес. Бирок, бул аспаптын энергетикалык чечкиндүүлүгү начарраак болгон.
Автоматташтырылган аналитикалык бөлүк жана процессти башкаруу компьютерлердин пайда болушу менен машинага өткөрүлдү. Башкаруу аспаптын панелинен же компьютердин клавиатурасынан ишке ашырылган. Анализаторлор ушунчалык популярдуу болуп, алар Аполлон 15 жана Аполлон 16 миссияларына кошулушкан.
Азыркы учурда космос станциялары жана космоско учурулган кораблдер бул приборлор менен жабдылган. Бул башка планеталардын тоо тектеринин химиялык курамын аныктоого жана анализдөөгө мүмкүндүк берет.
Методдун маңызы
Рентгендик флуоресценттик анализдин маңызы физикалык анализ жүргүзүү. Ушундай жол менен катуу заттарды (айнек, металл, керамика, көмүр, таш, пластмасса) жана суюктуктарды (май, бензин, эритмелер, боёк, шарап жана кан) да анализдөөгө болот. Метод промилле деңгээлинде (миллионго бир бөлүгү) өтө аз концентрацияларды аныктоого мүмкүндүк берет. 100% чейинки чоң үлгүлөр да изилдөөгө ылайыктуу.
Бул анализ тез, коопсуз жана айлана-чөйрөгө зыян келтирбейт. Ал жыйынтыктардын жогорку кайталанышына жана маалыматтардын тактыгына ээ. Метод үлгүдөгү бардык элементтерди жарым-сандык, сапаттык жана сандык аныктоого мүмкүндүк берет.
Рентгендик флуоресценттик анализдин маңызыжөнөкөй жана түшүнүктүү. Терминологияны четте калтырып, ыкманы жөнөкөйрөөк түшүндүрүүгө аракет кылсаңыз, анда ал чыгат. Анализ атомдун нурлануусунан келип чыккан нурланууну салыштыруунун негизинде жүргүзүлөт.
Белгилүү стандарттуу маалыматтардын топтому бар. Натыйжаларды бул маалыматтар менен салыштырып, окумуштуулар үлгүнүн курамы кандай деген тыянакка келишти.
Заманбап приборлордун жөнөкөйлүгү жана жеткиликтүүлүгү аларды суу астындагы изилдөөдө, космосто, маданият жана искусство тармагындагы ар кандай изилдөөлөрдө колдонууга мүмкүндүк берет.
Иштөө принциби
Бул метод рентген нурлары менен изилдене турган материалды ачуу жолу менен алынган спектрдин анализине негизделген.
Нурлануу учурунда атом толкунданган абалга ээ болот, ал электрондордун жогорку тартиптеги кванттык деңгээлдерине өтүшү менен коштолот. Атом бул абалда өтө кыска убакытка, болжол менен 1 микросекундга чейин турат жана андан кийин өзүнүн негизги абалына (тынч абалына) келет. Бул учурда сырткы кабыктарда жайгашкан электрондор же бош жерлерди толтуруп, ашыкча энергияны фотондор түрүндө бөлүп чыгарышат, же энергияны сырткы кабыктарда жайгашкан башка электрондорго өткөрүп беришет (алар Auger электрондору деп аталат). Бул учурда ар бир атом фотоэлектронду чыгарат, анын энергиясы катуу мааниге ээ. Мисалы, темир рентген нурларынын таасири астында Kα, же 6,4 кеВ барабар фотондорду чыгарат. Ушуга ылайык, кванттардын жана энергиянын саны боюнча заттын түзүлүшүнө баа берүүгө болот.
Радиация булагы
Металл анализинин рентген флуоресценттик ыкмасы айыктыруу булагы катары ар кандай элементтердин изотопторун жана рентген түтүктөрүн колдонот. Ар бир өлкөдө чыгаруучу изотопторду экспорттоо жана импорттоо боюнча ар кандай талаптар бар, тиешелүүлүгүнө жараша, мындай жабдууларды өндүрүү тармагында алар рентген түтүгүн колдонууну артык көрүшөт.
Мындай түтүктөр жез, күмүш, родий, молибден же башка аноддор менен келет. Кээ бир учурларда, анод тапшырмага жараша тандалат.
Ток жана чыңалуу ар кандай элементтер үчүн ар кандай. 10 кВ, оор - 40-50 кВ, орточо - 20-30 кВ чыңалуудагы жеңил элементтерди изилдөө жетиштүү.
Жарык элементтерди изилдөө учурунда курчап турган атмосфера спектрге чоң таасирин тийгизет. Бул эффектти азайтуу үчүн атайын камерадагы үлгү вакуумга коюлат же боштук гелий менен толтурулат. Толкунданган спектр атайын аппарат – детектор аркылуу жазылат. Ар кандай элементтердин фотондорунун бири-биринен ажырашынын тактыгы детектордун спектрдик резолюциясынын канчалык жогору экендигине көз каранды. Азыр эң так - 123 eV деңгээлиндеги токтом. Рентген флуоресценттик анализи 100% тактык менен ушундай диапазондогу аппарат тарабынан жүргүзүлөт.
Фотоэлектрон чыңалуунун импульсуна айландырылгандан кийин, аны атайын эсептөө электроникасы эсептеп, компьютерге берилет. Рентгендик флуоресценттик анализди берген спектрдин чокуларынан кайсынысын сапаттык жактан аныктоо оңой.изилденген үлгүдөгү элементтер бар. Сандык мазмунду так аныктоо үчүн атайын калибрлөө программасында пайда болгон спектрди изилдөө керек. Программа алдын ала түзүлгөн. Бул үчүн курамы алдын ала жогорку тактык менен белгилүү болгон прототиптер колдонулат.
Жөнөкөй сөз менен айтканда, изилденген заттын алынган спектри белгилүү болгон менен жөн эле салыштырылат. Ошентип, заттын курамы жөнүндө маалымат алынат.
Мүмкүнчүлүктөр
Рентгендик флуоресценттик анализ ыкмасы төмөнкүдөй анализ жасоого мүмкүндүк берет:
- өлчөмү же массасы анча чоң эмес үлгүлөр (100-0,5 мг);
- лимиттердин олуттуу кыскаруусу (XRFге караганда 1-2 даражага төмөн);
- кванттык энергиянын вариацияларын эске алуу менен анализ.
Иликтөө үчүн үлгүнүн калыңдыгы 1 ммден ашпашы керек.
Мындай үлгү өлчөмү болгон учурда, үлгүдөгү экинчилик процесстерди басууга болот, алардын арасында:
- жарык матрицалардагы чокуну кыйла кеңейтүүчү бир нече Комптон чачырандылары;
- фотоэлектрондордун bremsstrahlung (фон платосуна салым кошот);
- элементтер аралык дүүлүктүрүү, ошондой эле спектрди иштетүүдө элементтер аралык оңдоону талап кылган флуоресценцияны жутуу.
Усулдун кемчиликтери
Маанилүү кемчиликтердин бири жука үлгүлөрдү даярдоо менен коштолгон татаалдыгы, ошондой эле материалдын түзүлүшү үчүн катуу талаптар болуп саналат. Изилдөө үчүн үлгү абдан майда дисперстүү жана өтө бирдей болушу керек.
Дагы бир кемчилик - бул ыкманын стандарттарга (маалымат үлгүлөрү) катуу байланышкандыгы. Бул өзгөчөлүк бардык кыйратпаган ыкмаларга мүнөздүү.
Усулду колдонуу
Рентгендик флуоресценттик анализ көптөгөн аймактарда кеңири таралган. Ал илимде же өндүрүштө гана эмес, маданият жана искусство тармагында да колдонулат.
Колдонулган:
- курчап турган чөйрөнү коргоо жана экология топурактагы оор металлдарды аныктоо үчүн, ошондой эле аларды сууда, жаан-чачында, ар кандай аэрозолдордо аныктоо үчүн;
- минералогия жана геология минералдардын, топурактардын, тоо тектердин сандык жана сапаттык анализин жүргүзөт;
- химия өнөр жайы жана металлургия - чийки заттын, даяр продукциянын сапатын жана өндүрүш процессин контролдоо;
- боёк өнөр жайы - коргошун боёкту талдоо;
- зергер өнөр жайы - баалуу металлдардын концентрациясын өлчөө;
- мунай өнөр жайы - мунайдын жана күйүүчү майдын булгануу даражасын аныктоо;
- тамак-аш өнөр жайы - тамак-аш жана ингредиенттердеги уулуу металлдарды аныктоо;
- айыл чарбасы - ар кандай топурактагы, ошондой эле айыл чарба продукциясындагы микроэлементтерди талдоо;
- археология - элементардык анализ жүргүзүү, ошондой эле табылгалардын датасын аныктоо;
- искусство - алар скульптураны, живописти изилдеп, объектилерди изилдеп, талдайт.
Арбак конуш
Рентген-флуоресценттик анализ ГОСТ 28033 - 89 1989-жылдан бери жөнгө салынып келет. Документпроцедурага байланыштуу бардык суроолор катталган. Методду өркүндөтүү боюнча жылдар бою көптөгөн кадамдар жасалганы менен, документ актуалдуу бойдон калууда.
ГОСТ боюнча изилденген материалдардын пропорциялары белгиленген. Маалымат таблицада көрсөтүлөт.
1-таблица. Массалык үлүштөрдүн катышы
| Аныкталган элемент | Массалык үлүшү, % |
| Күкүрт | 0,002ден 0,20га чейин |
| 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 |
Колдонмо жабдуулар
Рентгендик флуоресценттик спектрдик анализ колдонуу менен жүргүзүлөтатайын жабдуулар, ыкмалар жана каражаттар. ГОСТта колдонулган жабдуулардын жана материалдардын арасында:
- көп каналдуу жана сканерлөөчү спектрометрлер;
- жармалоочу жана жармалоочу станок (жармалоочу жана майдалоочу, 3B634 түрү);
- беттик жаргылчак (Модель 3E711B);
- буроочу токарь (16P16 модели).
- кесүүчү дөңгөлөктөр (ГОСТ 21963);
- электрокорунд абразивдик дөңгөлөктөр (керамикалык байланыш, дан өлчөмү 50, катуулугу St2, ГОСТ 2424);
- текшерүүчү кагаз (кагаз негизи, 2-тип, бренд BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), электрокорунд - нормалдуу, дан өлчөмү 50-12, ГОСТ 6456);
- техникалык этил спирти (ректификацияланган, ГОСТ 18300);
- аргон-метан аралашмасы.
ГОСТ так талдоо жүргүзүү үчүн башка материалдар жана аппараттар колдонулушу мүмкүн экенин моюнга алат.
ГОСТ боюнча даярдоо жана үлгү алуу
Анализге чейин металлдардын рентген флуоресценттик анализи андан аркы изилдөө үчүн атайын үлгүнү даярдоону камтыйт.
Даярдоо тиешелүү тартипте жүргүзүлөт:
- Нурлануучу бет курчулат. Керек болсо спирт менен сүртүңүз.
- Үлгү ресивердин ачылышына катуу басылган. Эгерде үлгү бети жетишсиз болсо, анда атайын чектөөлөр колдонулат.
- Спектрометр колдонуу нускамаларына ылайык иштөөгө даярдалган.
- Рентген спектрометри ГОСТ 8.315 ылайык келген стандарттык үлгүнү колдонуу менен калибрленген. Калибрлөө үчүн бир тектүү үлгүлөрдү да колдонсо болот.
- Башталгыч бүтүрүү беш жолудан кем эмес өткөрүлөт. Бул учурда, бул спектрометрдин ар кандай күндөрдөгү иштөө учурунда жасалат.
- Кайталанган калибрлөөлөрдү жүргүзүүдө калибрлөөнүн эки сериясын колдонууга болот.
Натыйжаларды талдоо жана иштетүү
ГОСТ боюнча рентгендик флуоресценттик анализдин методу контролдогу ар бир элементтин аналитикалык сигналын алуу үчүн параллелдүү өлчөөлөрдүн эки сериясын жүргүзүүнү камтыйт.
Аналитикалык натыйжанын маанисинин туюнтмасын жана параллелдүү өлчөөлөрдүн дал келбестигин колдонууга жол берилет. Өлчөө бирдиктеринде таразалар калибрлөө мүнөздөмөлөрүн колдонуу менен алынган маалыматтарды чагылдырат.
Эгер жол берилген айырма параллелдүү өлчөөлөрдөн ашып кетсе, анда талдоо кайталанышы керек.
Бир өлчөө да мүмкүн. Бул учурда, эки өлчөө талданган партиядан бир үлгүгө карата параллелдүү жүргүзүлөт.
Акыркы натыйжа - бул параллелдүү алынган эки өлчөөнүн орточо арифметикалык мааниси же бир гана өлчөөнүн натыйжасы.
Натыйжалардын үлгүнүн сапатына көз карандылыгы
Рентгендик флуоресценция анализи үчүн чектөө элемент табылган затка гана тиешелүү. Ар кандай заттар үчүн элементтердин сандык аныктоо чеги ар кандай.
Элементтин атомдук номери чоң роль ойношу мүмкүн. Башка нерселер бирдей болгондо, жеңил элементтерди аныктоо кыйыныраак, ал эми оор элементтерди аныктоо оңой. Ошондой эле, бир эле элементти жеңил матрицада оорго караганда аныктоо оңой.
Ошого жараша, ыкма үлгүнүн сапатына элемент анын курамында камтыла турган даражада гана көз каранды.
