Рентген-спектралдык анализ материалдарды изилдөөнүн бардык ыкмаларынын арасында маанилүү орунду ээлейт. Сыноочу үлгүнү жок кылбастан экспресс-контролдоо мүмкүнчүлүгүнөн улам технологиянын ар кандай тармактарында кеңири колдонулат. Бир химиялык элементти аныктоо үчүн убакыт бир нече секунда гана болушу мүмкүн, изилденүүчү заттардын түрүнө дээрлик эч кандай чектөөлөр жок. Талдоо сапаттык да, сандык жактан да жүргүзүлөт.
Рентгендик спектрдик анализдин маңызы
Рентген-спектралдык анализ – материалдарды изилдөө жана көзөмөлдөө үчүн физикалык методдордун бири. Ал спектроскопиянын бардык ыкмаларына мүнөздүү болгон идеяга негизделген.
Рентгендик спектрдик анализдин маңызы атомдор ылдам электрондор же кванттар менен бомбаланганда заттын мүнөздүү рентген нурларын чыгаруу жөндөмүндө. Ошол эле учурда алардын энергиясы атомдун кабыгынан электронду сууруп чыгуу үчүн зарыл болгон энергиядан чоң болушу керек. Мындай таасир мүнөздүү нурлануу спектринин пайда болушуна гана алып келбейт,аз сандагы спектрдик сызыктардан турат, бирок ошондой эле үзгүлтүксүз. Табылган бөлүкчөлөрдүн энергетикалык курамын баалоо изилденүүчү объекттин физикалык жана химиялык касиеттери жөнүндө тыянак чыгарууга мүмкүндүк берет.
Заттарга таасир кылуу ыкмасына жараша же бир түрдөгү бөлүкчөлөр же башкалар катталат. Рентген нурларынын абсорбциялык спектроскопиясы да бар, бирок ал көбүнчө салттуу рентген спектроскопиясынын негизги маселелерин түшүнүү үчүн көмөкчү курал катары кызмат кылат.
Заттардын түрлөрү
Рентгендик спектрдик анализдин ыкмалары заттын химиялык курамын изилдөөгө мүмкүндүк берет. Бул ыкма экспресс-бузбоочу сыноо ыкмасы катары да колдонулушу мүмкүн. Заттардын төмөнкү түрлөрүн изилдөөгө киргизүүгө болот:
- металдар жана эритмелер;
- рок;
- айнек жана керамика;
- суюктук;
- абразивтер;
- газдар;
- аморфтук заттар;
- полимерлер жана башка органикалык бирикмелер;
- белоктар жана нуклеиндик кислоталар.
Рентген-спектралдык анализ ошондой эле материалдардын төмөнкү касиеттерин аныктоого мүмкүндүк берет:
- фазалык курамы;
- монокристаллдардын, коллоиддик бөлүкчөлөрдүн багыты жана өлчөмү;
- эритме абалынын диаграммалары;
- атомдук түзүлүш жана кристалл торчосунун дислокациясы;
- ички стресстер;
- термикалык кеңейүү коэффициенти жана башка мүнөздөмөлөр.
Бул ыкманын негизиндеөндүрүш материалдардагы бир тексиздиктин ар кандай түрлөрүн аныктоого мүмкүндүк берген рентгендик кемчиликтерди аныктоону колдонот:
- кабыктар;
- чет элдик кошуулар;
- тешикчелер;
- жарыктар;
- Бузук ширетүүлөр жана башка кемчиликтер.
Анализдин түрлөрү
Рентген нурларын генерациялоо ыкмасына жараша рентген-спектралдык анализдин төмөнкү түрлөрү бөлүнөт:
- Рентген нурлары. Атомдорду биринчилик рентген нурлануусу (жогорку энергиялуу фотондор) козгойт. Бул болжол менен бир микросекундга созулат, андан кийин алар тынч, негизги абалга өтүшөт. Андан кийин ашыкча энергия фотон түрүндө чыгарылат. Ар бир зат бул бөлүкчөлөрдү белгилүү бир энергия деңгээли менен чыгарат, бул аны так аныктоого мүмкүндүк берет.
- Рентген-радиометрикалык. Заттын атомдору радиоактивдүү изотоптун гамма-нурлануусунан козголот.
- Электрондук зонд. Активдештирүү энергиясы бир нече ондогон кеВ болгон фокусталган электрондук нур аркылуу ишке ашырылат.
- Ионду дүүлүктүрүү (протондор же оор иондор) менен анализ.
Рентгендик спектрдик анализдин эң кеңири таралган ыкмасы флуоресценция. Үлгү электрондор менен бомбаланганда рентгендик дүүлүктүрүү түз, ал эми рентген нурлары менен нурланганда экинчилик (флуоресценттик) деп аталат.
Рентгендик флуоресценттик анализдин негиздери
Рентгендик флуоресценция ыкмасы кеңириөнөр жай жана илимий изилдөөлөр колдонулат. Спектрометрдин негизги элементи биринчилик нурлануунун булагы болуп саналат, ал көбүнчө рентген түтүкчөлөрү катары колдонулат. Бул нурлануунун таасири астында үлгү линиялык спектрдин рентген нурларын чыгарып, флуоресценциялай баштайт. Методдун эң маанилүү өзгөчөлүктөрүнүн бири – ар бир химиялык элемент эркин же байланган абалда болгонуна карабастан (кандайдыр бир бирикменин курамында) өзүнүн спектрдик мүнөздөмөсүнө ээ. Сызыктардын жарыктыгын өзгөртүү анын концентрациясын сандык эсептөөгө мүмкүндүк берет.
Рентген түтүгү - ичинде вакуум пайда болгон шар. Түтүктүн бир учунда вольфрам зымы түрүндөгү катод бар. Ал электр тогу менен электрондордун чыгарылышын камсыз кылган температурага чейин ысытылат. Экинчи четинде массалык металл бута түрүндөгү анод бар. Катод менен аноддун ортосунда потенциалдар айырмасы түзүлөт, анын аркасында электрондор ылдамдалат.
Жогорку ылдамдыкта кыймылдаган заряддалган бөлүкчөлөр анодго тийип, бремсстрахлунгту козгойт. Түтүктүн дубалында тунук терезе бар (көбүнчө ал бериллийден жасалган), ал аркылуу рентген нурлары чыгат. Рентген спектрдик анализдөөчү приборлордогу анод металлдын бир нече түрлөрүнөн жасалган: вольфрам, молибден, жез, хром, палладий, алтын, рений.
Радиацияны спектрге ажыратуу жана аны каттоо
Спектрде рентген нурларынын дисперсиясынын 2 түрү бар - толкун жана энергия. Биринчи түрү эң кеңири таралган. Толкундардын дисперсия принцибинде иштеген рентген спектрометрлери толкундарды белгилүү бир бурчта чачыраткан анализатор кристаллдарына ээ.
Рентген нурларын спектрге ажыратуу үчүн монокристаллдар колдонулат:
- литий фториди;
- кварц;
- көмүртек;
- кислота калий же таллий фталат;
- силикон.
Алар дифракциялык торлордун ролун аткарышат. Массалык көп элементтүү талдоо үчүн аспаптар химиялык элементтердин бүт спектрин дээрлик толугу менен камтыган кристаллдардын топтомун колдонушат.
Рентген камералары рентгенографияны же фотопленкага бекитилген дифракциялык схеманы алуу үчүн колдонулат. Бул ыкма көп эмгекти талап кылган жана азыраак так болгондуктан, ал учурда металлдардын жана башка материалдардын рентгендик анализинде кемчиликтерди аныктоо үчүн гана колдонулат.
Пропорционалдык жана сцинтилляциялык эсептегичтер эмиссияланган бөлүкчөлөрдүн детекторлору катары колдонулат. Акыркы түрү катуу нурлануу чөйрөсүндө жогорку сезгичтикке ээ. Детектордун фотокатодуна түшкөн фотондор электрдик чыңалуу импульсуна айланат. Сигнал алгач күчөткүчкө, андан кийин компьютердин киргизүүсүнө барат.
Колдонуу чөйрөсү
Рентгендик флуоресценттик анализ төмөнкү максаттар үчүн колдонулат:
- майдагы зыяндуу аралашмаларды аныктоо жанамунай продуктылары (бензин, майлоочу майлар жана башкалар); топурактагы, абадагы, суудагы, тамак-аштагы оор металлдар жана башка коркунучтуу кошулмалар;
- химиялык өнөр жайындагы катализаторлордун анализи;
- кристалл торчосунун мезгилин так аныктоо;
- коргоочу жабындардын калыңдыгын кыйратпаган ыкма менен аныктоо;
- буюм жасалган чийки заттын булактарын аныктоо;
- заттын микрокөлөмдөрүн эсептөө;
- геологияда жана металлургияда тоо тектеринин негизги жана аралашма компоненттерин аныктоо;
- маданий-тарыхый баалуулукка ээ объекттерди (иконалар, сүрөттөр, фрескалар, зергер буюмдар, идиш-аяктар, жасалгалар жана ар кандай материалдардан жасалган башка буюмдар), алардын датасын изилдөө;
- соттук экспертиза үчүн курамды аныктоо.
Үлгү даярдоо
Изилдөө үчүн үлгүнү алдын ала даярдоо талап кылынат. Алар рентген анализи үчүн төмөнкү шарттарга жооп бериши керек:
- Бирдиктүүлүк. Бул шарт суюк үлгүлөр үчүн эң жөнөкөй аткарылышы мүмкүн. Изилдөө алдында дароо эритмени стратификациялоодо ал аралаштырылат. Радиациянын кыска толкундуу аймагындагы химиялык элементтер үчүн бир тектүүлүк порошок кылып майдалоо, ал эми узун толкундуу аймакта агым менен биригүү аркылуу жетишилет.
- Тышкы таасирлерге туруктуу.
- Үлгү жүктөгүчтүн өлчөмү менен туура келет.
- Катуу үлгүлөрдүн оптималдуу оройлугу.
Суюк үлгүлөрдүн бир катар кемчиликтери бар болгондуктан (буулануу, ысытылганда алардын көлөмүнүн өзгөрүшү, жаан-чачынрентгендик нурлануунун таасири астында пайда болот), рентген-спектралдык анализ үчүн кургак заттарды колдонгон жакшы. Порошоктун үлгүлөрү кюветага куюлат жана пресстелет. Кювета кармагычка адаптер аркылуу орнотулган.
Сандык анализдөө үчүн порошок үлгүлөрүн таблеткаларга басуу сунушталат. Бул үчүн зат майда порошок абалына чейин майдаланат, андан кийин прессте таблеткалар жасалат. Майдалануучу заттарды бекитүү үчүн алар бор кислотасынын субстратына коюлат. Суюктуктар пипетка аркылуу кюветтерге куюлуп, көбүктөрдүн жоктугу текшерилет.
Үлгүлөрдү даярдоо, анализдөө техникасын жана оптималдуу режимди тандоо, стандарттарды тандоо жана алар боюнча аналитикалык графиктерди куруу физиканын, химиянын негиздерин билүүгө тийиш болгон рентген-спектралдык анализдин лаборанты тарабынан ишке ашырылат., спектрометрлердин конструкциясы жана изилдөө методологиясы.
Сапаттык анализ
Үлгүлөрдүн сапаттык курамын аныктоо алардагы айрым химиялык элементтерди аныктоо үчүн жүргүзүлөт. Сандык эсептөө жүргүзүлбөйт. Изилдөө төмөнкү тартипте жүргүзүлөт:
- үлгүлөрдү даярдоо;
- спектрометрди даярдоо (аны жылытуу, гониометрди орнотуу, толкун узундуктарынын диапазонун орнотуу, сканерлөө кадамы жана программадагы экспозиция убактысы);
- үлгүнү тез сканерлөө, алынган спектрлерди компьютердин эс тутумуна жазуу;
- пайда болгон спектрдик ажыратуу чечмеленүүдө.
Ар бир көз ирмемдеги нурлануунун интенсивдүүлүгүсканерлөө компьютердин мониторунда график түрүндө көрсөтүлөт, анын горизонталдык огу боюнча толкун узундугу, ал эми вертикалдык огу боюнча - нурлануунун интенсивдүүлүгү. Заманбап спектрометрлердин программалык камсыздоосу алынган маалыматтарды автоматтык түрдө дешифрациялоого мүмкүндүк берет. Сапаттуу рентген анализинин натыйжасы - үлгүдө табылган химиялык заттардын тизмеси.
Каталар
Жалган аныкталган химиялык элементтер көп кездешет. Бул төмөнкү себептерге байланыштуу:
- чачырап кеткен bremsstrahlung кокусунан четтөөлөр;
- анод материалынан адашкан сызыктар, фон нурлануусу;
- инструмент каталары.
Эң чоң так эместик үлгүлөрдү изилдөөдө аныкталган, аларда органикалык тектүү жеңил элементтер басымдуулук кылат. Металдардын рентгендик спектралдык анализин жүргүзүүдө чачыранды нурлануунун үлүшү азыраак болот.
Сандык анализ
Сандык анализ жүргүзүүдөн мурун спектрометрдин атайын жөндөөлөрү талап кылынат - стандарттык үлгүлөрдү колдонуу менен аны калибрлөө. Сыноочу үлгүнүн спектри калибрлөө үлгүлөрүн нурлантуудан алынган спектр менен салыштырылат.
Химиялык элементтерди аныктоонун тактыгы көптөгөн факторлорго көз каранды, мисалы:
- элемент аралык дүүлүктүрүү эффекти;
- фондун чачыратуу спектри;
- түзмөктүн чечилиши;
- спектрометрдин эсептөө мүнөздөмөсүнүн сызыктуулугу;
- Рентген түтүк спектри жана башкалар.
Бул ыкма татаалыраак жана эксперименталдык же теориялык жол менен алдын ала аныкталган константаларды эске алуу менен аналитикалык изилдөөнү талап кылат.
Кадыр
Рентген ыкмасынын артыкчылыктары төмөнкүлөрдү камтыйт:
- бузбай сыноо мүмкүнчүлүгү;
- жогорку сезгичтик жана тактык (10-3%) чейин;
- анализге алынган химиялык элементтердин кеңири диапазону;
- жеңил үлгү даярдоо;
- ар тараптуулук;
- автоматтык чечмелөө мүмкүнчүлүгү жана методдун жогорку натыйжалуулугу.
Кемчиликтер
Рентгендик спектрдик анализдин кемчиликтери болуп төмөнкүлөр саналат:
- коопсуздук талаптарын жогорулатуу;
- жеке бүтүрүү керек;
- кээ бир элементтердин мүнөздүү сызыктары жакын болгондо химиялык составды чечмелөө кыйын;
- натыйжалардын ишенимдүүлүгүнө таасир этүүчү фон мүнөздүү нурланууну азайтуу үчүн сейрек кездешүүчү материалдардан аноддорду өндүрүү зарылчылыгы.
