XRF (Rentgen-fluoresans tahlili) bu chang, suyuq va qattiq materiallardagi deyarli barcha kimyoviy elementlarni bevosita aniqlaydigan fizik tahlil usuli.
Usulning afzalliklari
Bu usul universaldir, chunki u tez va oson namuna tayyorlashga asoslangan. Usul sanoatda, ilmiy tadqiqotlar sohasida keng qo'llanilgan. Rentgen-fluoresans tahlil usuli ulkan salohiyatga ega bo'lib, turli xil atrof-muhit ob'ektlarini juda murakkab tahlil qilishda, shuningdek, ishlab chiqarilgan mahsulotlar sifatini nazorat qilishda, tayyor mahsulot va xom ashyoni tahlil qilishda foydalidir.
Tarix
Rentgen-fluoresans tahlili birinchi marta 1928 yilda ikki olim - Glocker va Shreiber tomonidan tasvirlangan. Qurilmaning o'zi faqat 1948 yilda olimlar Fridman va Burks tomonidan yaratilgan. Detektor sifatida ular element yadrosining atom raqamiga nisbatan yuqori sezuvchanlik ko'rsatuvchi Geiger hisoblagichini oldilar.
Tadqiqot usulida geliy yoki vakuum muhiti 1960-yilda qoʻllanila boshlandi. Ular yorug'lik elementlarini aniqlash uchun ishlatilgan. Bundan tashqari, ftorid kristallaridan foydalanish boshlandilitiy. Ular diffraktsiya uchun ishlatilgan. To‘lqin diapazonini qo‘zg‘atish uchun rodiy va xrom naychalari ishlatilgan.
Si(Li) - kremniyli litiy drift detektori 1970 yilda ixtiro qilingan. U yuqori ma'lumotlar sezgirligini ta'minladi va kristalizatordan foydalanishni talab qilmadi. Biroq, bu asbobning energiya aniqligi yomonroq edi.
Avtomatlashtirilgan analitik qism va jarayonni boshqarish kompyuterlarning paydo bo'lishi bilan mashinaga o'tkazildi. Boshqarish asboblar paneli yoki kompyuter klaviaturasi orqali amalga oshirildi. Analizatorlar shu qadar mashhur bo'ldiki, ular Apollon 15 va Apollon 16 missiyalariga kiritildi.
Hozirgi vaqtda kosmik stansiyalar va koinotga uchirilgan kemalar ushbu qurilmalar bilan jihozlangan. Bu boshqa sayyoralar jinslarining kimyoviy tarkibini aniqlash va tahlil qilish imkonini beradi.
Usul mohiyati
Rentgen-fluoresans tahlilining mohiyati fizik tahlilni o'tkazishdan iborat. Bu usulda qattiq moddalarni (shisha, metall, keramika, ko'mir, tosh, plastmassa) va suyuqliklarni (neft, benzin, eritmalar, bo'yoqlar, vino va qon) tahlil qilish mumkin. Usul ppm darajasida (millionga bir qism) juda kichik konsentratsiyalarni aniqlash imkonini beradi. 100% gacha boʻlgan katta namunalar ham tadqiqotga mos keladi.
Bu tahlil tez, xavfsiz va atrof-muhitga zarar yetkazmaydi. U natijalarning yuqori takrorlanishi va ma'lumotlarning aniqligiga ega. Usul namunadagi barcha elementlarni yarim miqdoriy, sifat va miqdor jihatdan aniqlash imkonini beradi.
Rentgen-fluoresans tahlil usulining mohiyatioddiy va tushunarli. Agar siz terminologiyani chetga surib qo'ysangiz va usulni soddaroq tushuntirishga harakat qilsangiz, u chiqadi. Tahlil atomning nurlanishi natijasida paydo bo'ladigan nurlanishni taqqoslash asosida amalga oshiriladi.
Allaqachon ma'lum bo'lgan standart ma'lumotlar to'plami mavjud. Natijalarni ushbu ma'lumotlar bilan taqqoslab, olimlar namunaning tarkibi qanday degan xulosaga kelishadi.
Zamonaviy qurilmalarning soddaligi va qulayligi ularni suv osti tadqiqotlari, koinot, madaniyat va sanʼat sohasidagi turli tadqiqotlarda qoʻllash imkonini beradi.
Ish printsipi
Ushbu usul rentgen nurlari bilan tekshiriladigan materialga ta'sir qilish natijasida olingan spektrni tahlil qilishga asoslangan.
Nurlanish jarayonida atom qoʻzgʻaluvchan holatga ega boʻladi, bu elektronlarning yuqori tartibli kvant darajalariga oʻtishi bilan birga kechadi. Atom bu holatda juda qisqa vaqt, taxminan 1 mikrosekund qoladi va shundan so'ng u o'zining asosiy holatiga qaytadi (sokin holat). Bu vaqtda tashqi qobiqlarda joylashgan elektronlar bo'sh joylarni to'ldiradi va ortiqcha energiyani fotonlar shaklida chiqaradi yoki energiyani tashqi qobiqlarda joylashgan boshqa elektronlarga o'tkazadi (ular Auger elektronlari deb ataladi). Bu vaqtda har bir atom fotoelektron chiqaradi, uning energiyasi qat'iy qiymatga ega. Masalan, temir rentgen nurlari ta'sirida Ka yoki 6,4 keV ga teng fotonlarni chiqaradi. Shunga ko'ra, kvantlar va energiya soni bo'yicha materiyaning tuzilishi haqida hukm chiqarish mumkin.
Radiatsiya manbai
Metallarni tahlil qilishning rentgen-fluoresans usuli shifo manbai sifatida turli elementlarning izotoplari va rentgen naychalaridan foydalanadi. Har bir mamlakat emissiya izotoplarini eksport qilish va import qilish uchun har xil talablarga ega, mos ravishda bunday uskunani ishlab chiqarish sanoatida ular rentgen trubkasidan foydalanishni afzal ko'radilar.
Bunday quvurlar mis, kumush, rodiy, molibden yoki boshqa anodlar bilan birga keladi. Ba'zi hollarda anod vazifaga qarab tanlanadi.
Turli elementlar uchun oqim va kuchlanish har xil. 10 kV kuchlanishli, og'ir - 40-50 kV, o'rta - 20-30 kV kuchlanishli engil elementlarni tekshirish kifoya.
Yorugʻlik elementlarini oʻrganish jarayonida atrofdagi atmosfera spektrga katta taʼsir koʻrsatadi. Ushbu ta'sirni kamaytirish uchun maxsus kameradagi namuna vakuumga joylashtiriladi yoki bo'shliq geliy bilan to'ldiriladi. Hayajonlangan spektr maxsus qurilma - detektor tomonidan qayd etiladi. Turli elementlarning fotonlarini bir-biridan ajratishning aniqligi detektorning spektral ruxsati qanchalik yuqori bo'lishiga bog'liq. Endi eng aniq 123 eV darajasidagi o'lchamlari. Rentgen-fluoresans tahlili bunday diapazonga ega qurilma tomonidan 100% gacha aniqlik bilan amalga oshiriladi.
Fotoelektron maxsus hisoblash elektronikasi tomonidan hisoblangan kuchlanish impulsiga aylantirilgandan so'ng, u kompyuterga uzatiladi. X-nurli floresan tahlilini bergan spektrning cho'qqilaridan qaysi biri sifatli ekanligini aniqlash oson.o'rganilayotgan namunada elementlar mavjud. Miqdoriy tarkibni to'g'ri aniqlash uchun maxsus kalibrlash dasturida olingan spektrni o'rganish kerak. Dastur oldindan yaratilgan. Buning uchun tarkibi yuqori aniqlik bilan oldindan ma'lum bo'lgan prototiplardan foydalaniladi.
Oddiy qilib aytganda, o'rganilayotgan moddaning olingan spektri oddiygina ma'lum bo'lgan bilan solishtiriladi. Shunday qilib, moddaning tarkibi haqida ma'lumot olinadi.
Imkoniyatlar
Rentgen-fluoresans tahlil usuli tahlil qilish imkonini beradi:
- hajmi yoki massasi ahamiyatsiz boʻlgan namunalar (100-0,5 mg);
- chegaraning sezilarli qisqarishi (XRF dan 1-2 darajaga past);
- kvant energiyasidagi oʻzgarishlarni hisobga olgan holda tahlil.
Tekshiriladigan namunaning qalinligi 1 mm dan oshmasligi kerak.
Bunday namuna hajmida namunadagi ikkilamchi jarayonlarni bostirish mumkin, ular orasida:
- bir nechta Kompton tarqalishi, bu yorug'lik matritsalaridagi tepalikni sezilarli darajada kengaytiradi;
- fotoelektronlarning bremsstrahlungi (fon platosiga hissa qo'shadi);
- elementlararo qoʻzgʻalish, shuningdek, spektrni qayta ishlash jarayonida elementlararo tuzatishni talab qiluvchi floresan yutilish.
Usulning kamchiliklari
Muhim kamchiliklardan biri nozik namunalarni tayyorlash bilan birga keladigan murakkablik, shuningdek, materialning tuzilishiga qo'yiladigan qat'iy talablardir. Tadqiqot uchun namuna juda nozik disperslangan va juda bir xil bo'lishi kerak.
Yana bir kamchilik - bu usul standartlarga (mos yozuvlar namunalari) qattiq bog'langan. Bu xususiyat barcha zarar etkazmaydigan usullarga xosdir.
Usulni qoʻllash
Rentgen-fluoresan tahlili koʻplab sohalarda keng tarqaldi. U nafaqat fan yoki sanoatda, balki madaniyat va sanʼat sohasida ham qoʻllaniladi.
Ishlangan:
- atrof-muhitni muhofaza qilish va ekologiya tuproqlarda og'ir metallarni aniqlash, shuningdek ularni suvda, yog'ingarchilikda, turli aerozollarda aniqlash uchun;
- mineralogiya va geologiya minerallar, tuproqlar, jinslarning miqdoriy va sifat tahlilini amalga oshiradi;
- kimyo sanoati va metallurgiya - xom ashyo, tayyor mahsulot sifati va ishlab chiqarish jarayonini nazorat qilish;
- bo'yoq sanoati - qo'rg'oshin bo'yoqlarini tahlil qiling;
- zargarlik sanoati - qimmatbaho metallar kontsentratsiyasini o'lchash;
- neft sanoati - neft va yoqilg'ining ifloslanish darajasini aniqlash;
- oziq-ovqat sanoati - oziq-ovqat va ingredientlardagi zaharli metallarni aniqlash;
- qishloq xo'jaligi - turli tuproqlarda, shuningdek, qishloq xo'jaligi mahsulotlarida mikroelementlarni tahlil qilish;
- arxeologiya - elementar tahlillarni, shuningdek topilmalarning sanasini aniqlash;
- san'at - ular haykallar, rasmlarni o'rganadilar, narsalarni tekshiradilar va tahlil qiladilar.
Arvohlar turar joyi
Rentgen-fluoresan tahlili GOST 28033 - 89 1989 yildan beri tartibga solinadi. Hujjatprotseduraga oid barcha savollar ro'yxatga olinadi. Usulni takomillashtirish bo‘yicha yillar davomida ko‘p qadamlar qo‘yilgan bo‘lsa-da, hujjat hali ham dolzarb.
GOSTga ko'ra, o'rganilayotgan materiallarning nisbati belgilanadi. Ma'lumotlar jadvalda ko'rsatilgan.
1-jadval. Massa ulushlari nisbati
| Aniqlangan element | Masa ulushi, % |
| oltingugurt | 0,002 dan 0,20 gacha |
| Kremniy | "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 |
| Niobiy | "0, 01 " 2, 0 |
| Marganets | "0,05 " 20,0 |
| Vanadiy | "0, 01 " 5, 0 |
| Volfram | "0,05 " 20,0 |
| Fosfor | "0,002 " 0,20 |
Amaliy jihozlar
X-nurli floresans spektral tahlil yordamida amalga oshiriladimaxsus jihozlar, usullar va vositalar. GOSTda ishlatiladigan asbob-uskunalar va materiallar quyidagilardan iborat:
- koʻp kanalli va skanerlash spektrometrlari;
- silliqlash va zımpara mashinasi (silliqlash va silliqlash, 3B634 turi);
- sirt silliqlash mashinasi (Model 3E711B);
- vintli qirqish stanogi (model 16P16).
- kesuvchi g'ildiraklar (GOST 21963);
- elektrokorundli abraziv g'ildiraklar (keramika birlashma, don o'lchami 50, qattiqlik St2, GOST 2424);
- zımpara qog’ozi (qog’oz asosi, 2-turi, markasi BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), elektrokorund - normal, don o’lchami 50-12, GOST 6456);
- texnik etil spirti (rektifikatsiya qilingan, GOST 18300);
- argon-metan aralashmasi.
GOST aniq tahlil qilish uchun boshqa materiallar va apparatlardan foydalanish mumkinligini tan oladi.
GOSTga muvofiq tayyorlash va namuna olish
Tahlildan oldin metallarning rentgen-fluoresans tahlili keyingi tadqiqotlar uchun maxsus namuna tayyorlashni o'z ichiga oladi.
Tayyorlik tegishli tartibda amalga oshiriladi:
- Nurlanadigan sirt keskinlashtirilgan. Agar kerak bo'lsa, spirtli ichimlik bilan artib oling.
- Namuna qabul qilgichning ochilishiga mahkam bosilgan. Namuna yuzasi etarli bo'lmasa, maxsus cheklovchilar ishlatiladi.
- Spektrometr foydalanish koʻrsatmalariga muvofiq ishlashga tayyorlangan.
- Rentgen spektrometri GOST 8.315 ga mos keladigan standart namuna yordamida kalibrlanadi. Bir hil namunalar kalibrlash uchun ham ishlatilishi mumkin.
- Birlamchi bitiruv kamida besh marta amalga oshiriladi. Bunday holda, bu spektrometrning turli kunlarda ishlashi paytida amalga oshiriladi.
- Qayta-qayta kalibrlashda ikkita kalibrlash seriyasidan foydalanish mumkin.
Natijalarni tahlil qilish va qayta ishlash
GOST boʻyicha rentgen-fluoressensiyani tahlil qilish usuli nazorat ostidagi har bir elementning analitik signalini olish uchun ikki qator parallel oʻlchovlarni bajarishni oʻz ichiga oladi.
Analitik natija qiymatini ifodalash va parallel oʻlchovlarning nomuvofiqligidan foydalanishga ruxsat beriladi. O'lchov birliklarida shkalalar kalibrlash xarakteristikalari yordamida olingan ma'lumotlarni ifodalaydi.
Agar ruxsat etilgan tafovut parallel oʻlchovlardan oshsa, tahlilni takrorlash kerak.
Bitta oʻlchov ham mumkin. Bunday holda, tahlil qilinayotgan lotdan bitta namunaga nisbatan ikkita o'lchov parallel ravishda amalga oshiriladi.
Yakuniy natija parallel ravishda olingan ikkita oʻlchovning oʻrtacha arifmetik qiymati yoki faqat bitta oʻlchov natijasidir.
Natijalarning namuna sifatiga bogʻliqligi
Rentgen-fluoresans tahlili uchun chegara faqat element aniqlangan moddaga tegishli. Turli moddalar uchun elementlarning miqdoriy aniqlash chegaralari har xil.
Elementning atom raqami katta rol o'ynashi mumkin. Boshqa narsalar teng bo'lsa, engil elementlarni aniqlash qiyinroq, og'ir elementlar esa osonroq. Bundan tashqari, xuddi shu elementni engil matritsada aniqlash og‘ir matritsaga qaraganda osonroq.
Shunga koʻra, usul namunaning sifatiga faqat uning tarkibida element boʻlishi mumkin boʻlgan darajada bogʻliq.
