Што такое рентгенофлуоресцентный аналіз?

РФА (рентгенофлуоресцентный аналіз) - метад фізічнага аналізу, які наўпрост вызначае практычна ўсе хімічныя элементы ў порошкообразных, вадкіх і цвёрдых матэрыялах.

карысць метаду

Дадзены метад з'яўляецца універсальным, так як заснаваны на хуткай і простай падрыхтоўцы пробаў. Атрымаў метад шырокае распаўсюджванне ў прамысловасці, у галіне навуковых даследаванняў. Рентгенофлуоресцентный метад аналізу мае вялізныя магчымасці, карысныя пры вельмі складаным аналізе розных аб'ектаў навакольнага асяроддзя, а таксама пры правядзенні кантролю якасці вырабленай прадукцыі і пры правядзенні аналізу гатовай прадукцыі і сыравіны.

гісторыя

Рентгенофлуоресцентный аналіз упершыню апісаны ў 1928 году двума навукоўцамі - Глокером і Шрайбер. Сам прыбор стварылі толькі ў 1948 годзе навукоўцы Фрыдман і Беркс. У якасці дэтэктара яны ўзялі лічыльнік Гейгера, які паказаў высокую адчувальнасць у адносінах да атамным ліку ядра элемента.

Гелиевую або вакуумную сераду ў метадзе даследаванняў сталі выкарыстоўваць у 1960 годзе. Ўжывалі іх для вызначэння лёгкіх элементаў. Таксама пачалі выкарыстоўваць крышталі фтарыду літыя. Ўжывалі іх для дыфракцыі. Родиевые і хромавыя трубкі ўжывалі для распачынання дыяпазону хваляў.

Si (Li) - дрейфовый крамянёвы літыевых дэтэктар быў прыдуманы ў 1970 годзе. Ён забяспечваў высокую адчувальнасць дадзеных і не патрабаваў выкарыстання крышталізатар. Аднак, энергетычнае дазвол дадзенага прыбора было горш.

Аўтаматызавана аналітычная частка і кантроль працэсу перададзены машына з з'яўленнем кампутараў. Кіраванне вялося з панэлі на прыборы або клавіятуры кампутара. Прыборы для аналізу набылі настолькі шырокую папулярнасць, што іх ўключылі ў місіі «Аполло-15" і "Аполло-16».

На дадзены момант касмічныя станцыі і караблі, якія запускаюцца ў космас, абсталююць дадзенымі прыборамі. Гэта дазваляе выяўляць і аналізаваць хімічны склад пароды іншых планет.

сутнасць метаду

Сутнасць рентгенофлуоресцентного аналізу заключаецца ў правядзенні фізічнага аналізу. Аналізаваць такім спосабам можна як цвёрдыя цела (шкло, метал, кераміка, вугаль, горная парода, пластмаса), так і вадкасці (алей, бензін, растворы, фарбы, віно і кроў). Метад дазваляе вызначаць вельмі малыя канцэнтрацыі, на ўзроўні ppm (адна частка на мільён). Вялікія, да 100% пробы, таксама паддаюцца даследаванням.

Дадзены аналіз з'яўляецца хуткім, бяспечным і неразбуральнай для асяроддзя. Ён валодае высокай ўзнаўляльнасць вынікаў і дакладнасцю дадзеных. Метад дазваляе полуколичественно, якасна і колькасна выяўляць усё элемента, якія знаходзяцца ў спробе.

Сутнасць рентгенофлуоресцентного метаду аналізу простая і зразумелая. Калі пакінуць тэрміналогію ў баку і паспрабаваць растлумачыць метад прасцей, то атрымліваецца. Што аналіз праводзіцца на падставе параўнання выпраменьвання, якое атрымліваецца ў выніку апрамянення атама.

Ёсць набор стандартных дадзеных, якія ўжо вядомыя. Параўноўваючы вынікі з гэтымі дадзенымі, навукоўцы робяць выснову аб тым, які склад доследнага ўзору.

Прастата і даступнасць сучасных апаратаў дазваляюць ужываць іх і ва ўмовах падводных даследаванняў, космасу, розных даследаванняў у галіне культуры і мастацтваў.

Прынцып працы

Дадзены метад заснаваны на аналізе спектру, які атрымліваецца метадам ўздзеяння на матэрыял, які даследуецца, рэнтгенаўскімі прамянямі.

Падчас апрамянення атам набывае ўзбуджаны стан, якое суправаджаецца пераходам электронаў на квантавыя ўзроўні больш высокага парадку. У такім стане атам знаходзіцца вельмі мала часу, каля 1й мікрасекунды, а пасля гэтага вяртаецца ў сваё асноўнае стан (спакойнае становішча). У гэты час электроны, якія знаходзяцца на знешніх абалонках, або запаўняюць вызваліліся вакантныя месцы, а лішнюю энергію выпускаюць у выглядзе фатонаў, або перадаюць энергію іншым электронам, якія знаходзяцца на знешніх абалонках (яны называюцца ожэ-электронамі). У гэты час кожны атам вылучае фотаэлектроннага, энергія якога мае строгае значэнне. Да прыкладу, жалеза падчас апрамянення рэнтгенаўскім выпраменьваннем выпускае фатоны, роўныя Кα, або 6,4 кэВ. Адпаведна, па колькасці квантаў і энергіі можна меркаваць аб будове рэчыва.

крыніца выпраменьвання

Рентгенофлуоресцентный метад аналізу металаў у якасці крыніцы для лячэння выкарыстоўвае як ізатопы розных элементаў, так і рэнтгенаўскія трубкі. У кожнай краіне выкарыстоўваюцца розныя патрабаванні да вывазу ўвозу выпраменьваючых ізатопаў, адпаведна ў галіны вытворчасці такой тэхнікі аддаюць перавагу выкарыстоўваць рэнтгенаўскую трубку.

Такія трубкі бываюць як з медным, срэбным, родиевым, малібдэнавы ці іншым анодам. У некаторых сітуацыях анод выбіраюць у залежнасці ад задачы.

Сіла току і напружанне для розных элементаў выкарыстоўваюцца розныя. Лёгкія элементы досыць даследаваць напругай 10кВ, цяжкія - 40-50 кВ, сярэднія - 20-30 кВ.

Падчас правядзення даследаванняў лёгкіх элементаў велізарны ўплыў на спектр аказвае навакольнае атмасфера. Для памяншэння гэтага ўплыву ўзор, які знаходзіцца ў спецыяльнай камэры, змяшчаецца ў вакуум або запаўняюць прастору геліем. Узбуджаны спектр рэгіструе спецыяльны прыбор - дэтэктар. Ад таго, наколькі высокую спектральна дазвол дэтэктара залежыць дакладнасць аддзялення фатонаў розных элементаў адзін ад аднаго. Цяпер найбольш дакладнай з'яўляецца адрознівальная здольнасць на ўзроўні 123 эВ. Рентгенофлуоресцентный аналіз прыбор з такім дыяпазонам праводзіць з дакладнасцю да 100%.

Пасля таго як фотаэлектроннага пераўтварыўся ў імпульс напружання, які падлічваецца спецыяльнай падліковай электронікай, ён перадаецца на кампутар. Па пікам спектру, які даў рентгенофлуоресцентный аналіз, лёгка якасна вызначыць, якія менавіта элементы есць ьв вывучаецца узоры. Для таго каб сапраўды вызначыць колькаснае ўтрыманне, трэба атрыманы спектр вывучыць ў спецыяльнай праграме каліброўкі. Праграма ствараецца папярэдне. Для гэтага выкарыстоўваюцца вопытныя ўзоры, склад якіх вядомы загадзя з высокай дакладнасцю.

Калі казаць прасцей, то атрыманы спектр вывучаемай рэчывы элементарна параўноўваецца з вядомым. Такім чынам атрымліваюць інфармацыю пра склад рэчывы.

магчымасці

Рентгенофлуоресцентный метад аналізу дазваляе аналізаваць:

• ўзоры, памер або маса якіх нікчэмна малыя (100-0,5 мг);
• важкае зніжэнне межаў (ніжэй на 1-2 парадку, чым РФА);
• правядзенне аналізу з улікам варыяцый энергіі квантаў.

Таўшчыня ўзору, які падвяргаецца даследаваннях, не павінна быць больш за 1 мм.

У выпадку такога памеру ўзору магчыма падаўленне другасных працэсаў ва ўзоры, сярод якіх:

• шматразовае комптоновского рассейванне, якое ў лёгкіх мастрицах істотна пашырае пік;
• тармазное выпраменьванне фотаэлектроннага (дае ўклад у фонавы плато);
• ўзбуджэнне паміж элементамі, а таксама паглынанне флуарэсцэнцыі, якое патрабуе межэлементной карэкцыі падчас апрацоўкі спектраў.

недахопы спосабу

Адзін з важкіх недахопаў - складанасць, якой суправаджаецца прыгатаванне тонкіх узораў, а таксама жорсткія патрабаванні да структуры матэрыялу. Для даследавання ўзор павінен быць вельмі дробнай дысперсных і высокай аднастайнасці.

Яшчэ адным недахопам з'яўляецца тое, што метад моцна прывязаны да стандартаў (эталонным узорам). Такая рыса ўласцівая ўсім неразбуральнай метадам.

прымяненне метаду

Рентгенофлуоресцентный аналіз атрымаў шырокае распаўсюджванне ў многіх сферах. Яго ўжываюць не толькі ў навуцы або на вытворчасці, але і ў галіне культуры і мастацтваў.

Ўжываецца ў:

• ахове навакольнага асяроддзя і экалогіі для вызначэння ў глебах цяжкіх металаў, а таксама для выяўлення іх у вадзе, ападках, розных аэразолі;
• мінералогіі і геалогіі праводзяць колькасны і якасны аналіз мінералаў, глеб, горных парод;
• хімічнай індустрыі і металургіі - кантралююць якасць атрымліваецца сыравіны, гатовай прадукцыі і працэсу вытворчасці;
• лакафарбавай прамысловасці - аналізуюць свінцова фарбы;
• ювелірнай прамысловасці - вымяраюць канцэнтрацыю каштоўных металаў;
• нафтавай прамысловасці - вызначаюць ступень забруджанасці нафты і паліва;
• харчовай прамысловасці - вызначаюць таксічныя металы ў харчовых прадуктах і інгрэдыентах;
• сельскай гаспадарцы - аналізуюць мікраэлементы ў розных глебах, а таксама ў сельскагаспадарчай прадукцыі;
• археалогіі - праводзяць элементная аналіз, а таксама датаванне знаходак;
• мастацтве - праводзяць вывучэнне скульптур, карцін, праводзяць экспертызу прадметаў і іх аналіз.

Гостовское ўрэгуляванне

Рентгенофлуоресцентный аналіз ДАСТ 28033 - 89 рэгулюе з 1989 года. У дакуменце прапісаны ўсе пытанні, якія тычацца працэдуры. Не гледзячы на што за гэтыя гады было зроблена шмат крокаў на шляху да ўдасканаленні метаду, дакумент па ранейшаму актуальны.

Паводле Даста ўсталёўваюцца суадносін доляй доследных матэрыялаў. Дадзеныя адлюстраваны ў табліцы.

Табліца 1. Суадносіны масавых доляй

вызначаны элемент	Масавая доля,%
сера	Ад 0,002 да 0,20
крэмній	"0,05" 5,0
малібдэн	"0,05" 10,0
тытан	"0,01" 5,0
кобальт	"0,05" 20,0
хром	"0,05" 35,0
ніёбія	"0,01" 2,0
марганец	"0,05" 20,0
ванадый	"0,01" 5,0
вальфрам	"0,05" 20,0
фосфар	"0,002" 0,20

ужывальная апаратура

Рентгенофлуоресцентный спектральны аналіз праводзіцца пры дапамозе спецыяльнай апаратуры, метадаў і сродкаў. Сярод выкарыстоўванай тэхнікі і матэрыялаў ў Дасце пералічаныя:

• спектрометры шматканальныя і сканавальныя;
• станок абдзірачна-наждачны (вастрыльных-шліфавальны, тыпу 3Б634);
• плоскошлифовальный станок (мадэль 3Е711В);
• такарна-вінтарэзны станок (мадэль 16П16).
• отрезных дыскі (ДАСТ 21963);
• электрокорундовые абразіўныя кругі (керамічная звязак зярністасцю 50, цвёрдасць Ст2, ГОСТ 2424);
• шкурка шліфавальная (папяровая аснова, 2-й тып, марка БШ-140 (П6), БШ-240 (П8), БШ200 (П7), электрокорунд - нармальны, зярністасць 50-12, ГОСТ 6456);
• спірт этылавы тэхнічны (рэктыфікаваны, ГОСТ 18300);
• аргон-метанавай сумесь.

ДАСТ дапускае, што могуць выкарыстоўвацца іншыя матэрыялы і апаратура, якія забяспечаць дакладны аналіз.

Падрыхтоўка і адбор пробы па Дасце

Рентгенофлуоресцентный аналіз металаў перад правядзеннем аналізу мяркуе асаблівую падрыхтоўку ўзору для далейшага даследавання.

Падрыхтоўка праводзіцца ў адпаведным парадку:

1. Паверхню, якую будуць апрамяняць, востраць. Калі ёсць неабходнасць, то праціраюць спіртам.
2. Пробу шчыльна прыціскаюць да адтуліны прымача. Калі паверхні пробы недастаткова, то ўжываюць адмысловыя абмежавальнікі.
3. Спектрометр рыхтуюць да працы паводле інструкцыі па выкарыстанні.
4. Рэнтгенаўскі спектрометр градуируют пры дапамозе стандартнага ўзору, які адпавядае ДАСТ 8.315. Таксама для градуіроўкі могуць выкарыстоўваць аднастайныя пробы.
5. Першасная градуіроўка ажыццяўляецца не менш за пяць разоў. Пры гэтым робіцца гэта падчас працы спектрометра ў розныя дні.
6. Пры правядзенні паўторных градуировок магчыма выкарыстанне двух серый градуировок.

Аналіз вынікаў і апрацоўка

Метад рентгенофлуоресцентного аналізу па Дасце мяркуе выкананне два рады паралельных вымярэнняў для атрымання аналітычнага сігналу кожнага элемента, якая падвяргаецца кантролі.

Дапускаецца выкарыстоўваць выраз значэння аналітычнага выніку і разыходжанні паралельных вымярэнняў. У адзінках вымярэнняў шкалы выказваюць дадзеныя, атрыманыя пры дапамозе градировочных характарыстык.

Калі дапушчальнае разыходжанне перавышае паралельныя вымярэння, то аналіз неабходна паўтарыць.

Таксама магчыма выкананне аднаго вымярэння. У гэтым выпадку праводзіцца паралельна два вымярэння адносна адной пробы з аналізаванай партыі.

Канчатковым вынікам лічыцца сярэднеарыфметычнае двух вымярэнняў, якія праводзяцца паралельна, ці ж вынік аднаго толькі вымярэнні.

Залежнасць вынікаў ад якасці пробы

Для рентгенфлуоресцентного аналізу мяжа мае адносінах толькі да рэчыва, у складзе якога выяўляецца элемент. Для розных рэчываў рамкі колькаснага выяўлення элементаў розныя.

Вялікую ролю можа гуляць атамны нумар, які ёсць у элемента. Пры іншых роўных складаней вызначаць лёгкія элементы, а цяжкія - лягчэй. Акрамя таго, адзін і той жа элемент лягчэй вызначыць у лёгкай матрыцы, а не ў цяжкай.

Адпаведна, метад залежыць ад якасці пробы толькі ў той ступені, у якой можа ўтрымлівацца элемент у яе складзе.