XRF (تحليل التألق بالأشعة السينية) هي طريقة تحليل فيزيائية تحدد بشكل مباشر جميع العناصر الكيميائية تقريبًا في المسحوق والمواد السائلة والصلبة.
فوائد الطريقة
هذه الطريقة عالمية لأنها تعتمد على تحضير عينة سريع وسهل. تم استخدام الطريقة على نطاق واسع في الصناعة ، في مجال البحث العلمي. تتميز طريقة التحليل الفلورية بالأشعة السينية بإمكانيات هائلة ، ومفيدة في التحليل المعقد للغاية للكائنات البيئية المختلفة ، وكذلك في مراقبة جودة المنتجات المصنعة وفي تحليل المنتجات النهائية والمواد الخام.
التاريخ
تم وصف تحليل مضان الأشعة السينية لأول مرة في عام 1928 من قبل عالمين - Glocker و Schreiber. تم إنشاء الجهاز نفسه فقط في عام 1948 من قبل العلماء فريدمان وبيركس. ككاشف ، أخذوا عداد جيجر ، والذي أظهر حساسية عالية فيما يتعلق بالعدد الذري لنواة العنصر.
بدأ استخدام الهيليوم أو وسط الفراغ في طريقة البحث في عام 1960. تم استخدامها لتحديد العناصر الخفيفة. بدأت أيضًا في استخدام بلورات الفلوريدالليثيوم. تم استخدامها للحيود. تم استخدام أنابيب الروديوم والكروم لإثارة النطاق الموجي.
Si (Li) - تم اختراع كاشف انجراف الليثيوم السيليكوني في عام 1970. لقد وفرت حساسية عالية للبيانات ولم تتطلب استخدام جهاز تبلور. ومع ذلك ، كان تحليل الطاقة لهذا الجهاز أسوأ.
نقل الجزء التحليلي الآلي والتحكم في العملية إلى الجهاز مع ظهور أجهزة الكمبيوتر. تم إجراء التحكم من اللوحة الموجودة على الجهاز أو لوحة مفاتيح الكمبيوتر. أصبحت أجهزة التحليل شائعة جدًا لدرجة أنها تم تضمينها في مهمتي أبولو 15 وأبولو 16.
في الوقت الحالي ، تم تجهيز المحطات والسفن الفضائية التي يتم إطلاقها في الفضاء بهذه الأجهزة. يتيح لك ذلك تحديد وتحليل التركيب الكيميائي لصخور الكواكب الأخرى.
جوهر الطريقة
جوهر تحليل مضان الأشعة السينية هو إجراء تحليل فيزيائي. يمكن بهذه الطريقة تحليل كل من المواد الصلبة (الزجاج ، المعدن ، السيراميك ، الفحم ، الصخور ، البلاستيك) والسوائل (الزيت ، البنزين ، المحاليل ، الدهانات ، النبيذ والدم). تسمح لك الطريقة بتحديد تركيزات صغيرة جدًا ، على مستوى جزء في المليون (جزء في المليون). العينات الكبيرة ، حتى 100٪ ، قابلة أيضًا للبحث.
هذا التحليل سريع وآمن وغير مدمر للبيئة. لديها إمكانية استنساخ عالية للنتائج ودقة البيانات. تسمح الطريقة بالكشف شبه الكمي والنوعي والكمي لجميع العناصر الموجودة في العينة.
جوهر طريقة تحليل مضان الأشعة السينيةبسيطة ومفهومة. إذا تركت المصطلحات جانبًا وحاولت شرح الطريقة بطريقة أبسط ، فسينتهي الأمر. ان التحليل يتم على اساس مقارنة الاشعاع الناتج من اشعاع ذرة.
هناك مجموعة من البيانات القياسية المعروفة بالفعل. من خلال مقارنة النتائج بهذه البيانات ، يستنتج العلماء ما هو تكوين العينة.
تتيح بساطة الأجهزة الحديثة وإمكانية الوصول إليها استخدامها في الأبحاث تحت الماء ، والفضاء ، والدراسات المختلفة في مجال الثقافة والفنون.
مبدأ العمل
تعتمد هذه الطريقة على تحليل الطيف ، والذي يتم الحصول عليه من خلال تعريض المادة التي سيتم فحصها بواسطة الأشعة السينية.
أثناء التشعيع ، تكتسب الذرة حالة مثارة ، مصحوبة بانتقال الإلكترونات إلى مستويات كمومية ذات رتبة أعلى. تبقى الذرة في هذه الحالة لفترة قصيرة جدًا ، حوالي 1 ميكرو ثانية ، وبعد ذلك تعود إلى حالتها الأساسية (الوضع الهادئ). في هذا الوقت ، تملأ الإلكترونات الموجودة على الغلاف الخارجي الأماكن الشاغرة ، وتطلق الطاقة الزائدة على شكل فوتونات ، أو تنقل الطاقة إلى إلكترونات أخرى موجودة على الأغلفة الخارجية (تسمى إلكترونات أوجيه). في هذا الوقت ، تصدر كل ذرة ضوئيًا ، تكون طاقته ذات قيمة صارمة. على سبيل المثال ، يصدر الحديد ، عند تعرضه للأشعة السينية ، فوتونات تساوي Kα ، أو 6.4 كيلو فولت. وفقًا لذلك ، من خلال عدد الكم والطاقة ، يمكن للمرء أن يحكم على بنية المادة.
مصدر الإشعاع
تستخدم طريقة مضان الأشعة السينية لتحليل المعادن كلاً من نظائر العناصر المختلفة وأنابيب الأشعة السينية كمصدر للشفاء. كل بلد لديه متطلبات مختلفة لتصدير واستيراد النظائر الباعثة ، على التوالي ، في صناعة إنتاج مثل هذه المعدات ، يفضلون استخدام أنبوب الأشعة السينية.
هذه الأنابيب تأتي من النحاس ، الفضة ، الروديوم ، الموليبدينوم أو الأنودات الأخرى. في بعض الحالات ، يتم اختيار الأنود اعتمادًا على المهمة.
يختلف التيار والجهد باختلاف العناصر. يكفي فحص العناصر الخفيفة بجهد 10 كيلو فولت ، الثقيل - 40-50 كيلو فولت ، المتوسط - 20-30 كيلو فولت.
أثناء دراسة عناصر الضوء ، يكون للغلاف الجوي المحيط تأثير كبير على الطيف. لتقليل هذا التأثير ، يتم وضع العينة في غرفة خاصة في فراغ أو يتم ملء الفراغ بالهيليوم. يتم تسجيل الطيف المثير بواسطة جهاز خاص - كاشف. تعتمد دقة فصل فوتونات العناصر المختلفة عن بعضها البعض على مدى ارتفاع الدقة الطيفية للكاشف. الآن الأكثر دقة هو الدقة على مستوى 123 فولت. يتم إجراء تحليل مضان للأشعة السينية بواسطة جهاز بمثل هذا النطاق بدقة تصل إلى 100٪.
بعد أن يتم تحويل الإلكترون الضوئي إلى نبضة جهد ، والتي يتم حسابها بواسطة إلكترونيات عد خاصة ، يتم نقلها إلى الكمبيوتر. من قمم الطيف ، التي أعطت تحليل مضان للأشعة السينية ، من السهل تحديد نوعهناك عناصر في العينة المدروسة. من أجل تحديد المحتوى الكمي بدقة ، من الضروري دراسة الطيف الناتج في برنامج معايرة خاص. تم إنشاء البرنامج مسبقًا. لهذا الغرض ، يتم استخدام النماذج الأولية ، والتي يُعرف تكوينها مسبقًا بدقة عالية.
ببساطة ، تتم مقارنة الطيف الذي تم الحصول عليه من المادة المدروسة مع الطيف المعروف. وبالتالي ، يتم الحصول على معلومات حول تكوين المادة.
فرص
تسمح لك طريقة تحليل مضان الأشعة السينية بتحليل:
- عينات حجمها أو كتلتها لا يكاد يذكر (100-0.5 مجم) ؛
- انخفاض كبير في الحدود (أقل بمقدار 1-2 أوامر من حيث الحجم من XRF) ؛
- تحليل مع مراعاة الاختلافات في الطاقة الكمومية.
يجب ألا يتجاوز سمك العينة المراد فحصها 1 مم
في حالة مثل هذا الحجم للعينة ، من الممكن قمع العمليات الثانوية في العينة ، من بينها:
- تشتت كومبتون المتعدد ، والذي يوسع بشكل كبير الذروة في مصفوفات الضوء ؛
- bremsstrahlung من الإلكترونات الضوئية (يساهم في هضبة الخلفية) ؛
- الإثارة بين العناصر وكذلك امتصاص التألق الذي يتطلب تصحيحًا بين العناصر أثناء معالجة الطيف.
عيوب الطريقة
أحد العوائق المهمة هو التعقيد الذي يصاحب تحضير العينات الرقيقة ، وكذلك المتطلبات الصارمة لهيكل المادة. للبحث ، يجب أن تكون العينة مشتتة بدقة شديدة وموحدة للغاية.
عيب آخر هو أن الطريقة مرتبطة بشدة بالمعايير (عينات مرجعية). هذه الميزة متأصلة في جميع الطرق غير المدمرة.
تطبيق الطريقة
أصبح تحليل مضان الأشعة السينية واسع الانتشار في العديد من المناطق. لا يتم استخدامه فقط في العلوم أو الصناعة ، ولكن أيضًا في مجال الثقافة والفنون.
يستخدم في:
- حماية البيئة والبيئة لتقدير المعادن الثقيلة في التربة ، وكذلك لاكتشافها في الماء ، والأمطار ، والهباء الجوي المختلفة ؛
- علم المعادن والجيولوجيا إجراء التحليل الكمي والنوعي للمعادن والتربة والصخور ؛
- الصناعة الكيميائية والتعدين - التحكم في جودة المواد الخام والمنتجات النهائية وعملية الإنتاج ؛
- صناعة الطلاء - تحليل الطلاء الرصاص ؛
- صناعة المجوهرات - قياس تركيز المعادن الثمينة ؛
- صناعة النفط - تحديد درجة تلوث النفط والوقود ؛
- صناعة المواد الغذائية - تحديد المعادن السامة في الأطعمة والمكونات ؛
- الزراعة - تحليل العناصر النزرة في مختلف أنواع التربة ، وكذلك في المنتجات الزراعية ؛
- علم الآثار - إجراء تحليل العناصر ، وكذلك تحديد تاريخ الاكتشافات ؛
- فن - يدرسون المنحوتات واللوحات ويفحصون الأشياء ويحللونها.
تسوية الاشباح
تحليل مضان الأشعة السينية تم تنظيم GOST 28033-89 منذ عام 1989. وثيقةيتم تسجيل جميع الأسئلة المتعلقة بالإجراء. على الرغم من اتخاذ العديد من الخطوات على مر السنين لتحسين الطريقة ، لا يزال المستند وثيق الصلة.
وفقًا لـ GOST ، تم تحديد نسب المواد المدروسة. يتم عرض البيانات في جدول
الجدول 1. نسبة الكسور الكتلية
| عنصر محدد | كسر كتلة ،٪ |
| كبريت | من 0.002 إلى 0.20 |
| السيليكون | "0.05" 5.0 |
| الموليبدينوم | "0.05" 10.0 |
| التيتانيوم | "0، 01" 5، 0 |
| كوبالت | "0.05" 20.0 |
| كروم | "0.05" 35.0 |
| نيوبيوم | "0، 01" 2، 0 |
| المنغنيز | "0.05" 20.0 |
| الفاناديوم | "0، 01" 5، 0 |
| التنغستن | "0.05" 20.0 |
| الفوسفور | "0.002" 0.20 |
المعدات التطبيقية
يتم إجراء التحليل الطيفي للأشعة السينية باستخدامالمعدات والأساليب والوسائل الخاصة. من بين المعدات والمواد المستخدمة في GOST مذكورة:
- متعدد القنوات والمسح الطيفي ؛
- آلة طحن وصنفرة (طحن وطحن ، اكتب 3B634) ؛
- طاحونة سطحية (موديل 3E711B) ؛
- مخرطة لولبية (موديل 16P16).
- عجلات القطع (GOST 21963) ؛
- عجلات جلخ كهربائية (رابطة سيراميك ، حجم حبيبات 50 ، صلابة St2 ، GOST 2424) ؛
- ورق سنفرة (قاعدة ورقية ، النوع الثاني ، العلامة التجارية BSh-140 (P6) ، BSh-240 (P8) ، BSh200 (P7) ، اليكتروكوراندوم - عادي ، حجم الحبيبات 50-12 ، GOST 6456) ؛
- كحول الإيثيل التقني (مصحح ، GOST 18300) ؛
- خليط الأرجون والميثان.
تعترف GOST بإمكانية استخدام مواد وأجهزة أخرى لتقديم تحليل دقيق.
التحضير وأخذ العينات وفقًا لـ GOST
تحليل مضان الأشعة السينية للمعادن قبل التحليل يتضمن تحضير عينة خاصة لمزيد من البحث.
يتم الإعداد بالترتيب المناسب:
- يتم شحذ السطح المراد تشعيعه. إذا لزم الأمر ، امسح بالكحول.
- يتم ضغط العينة بإحكام على فتحة جهاز الاستقبال. إذا لم يكن سطح العينة كافيًا ، فسيتم استخدام محددات خاصة.
- تم تجهيز مقياس الطيف للتشغيل وفقًا لتعليمات الاستخدام.
- تتم معايرة مطياف الأشعة السينية باستخدام عينة قياسية تتوافق مع GOST 8.315. يمكن أيضًا استخدام عينات متجانسة للمعايرة.
- يتم التخرج الابتدائي خمس مرات على الأقل. في هذه الحالة ، يتم ذلك أثناء تشغيل مقياس الطيف في أيام مختلفة.
- عند إجراء المعايرات المتكررة ، من الممكن استخدام سلسلتين من المعايرات.
تحليل النتائج ومعالجتها
تتضمن طريقة تحليل مضان الأشعة السينية وفقًا لـ GOST أداء سلسلتين من القياسات المتوازية للحصول على إشارة تحليلية لكل عنصر تحت السيطرة.
يسمح باستخدام التعبير عن قيمة النتيجة التحليلية وتباين القياسات المتوازية. في وحدات القياس ، تعبر المقاييس عن البيانات التي تم الحصول عليها باستخدام خصائص المعايرة.
إذا تجاوز التناقض المسموح به القياسات المتوازية ، فيجب تكرار التحليل.
قياس واحد ممكن أيضًا. في هذه الحالة ، يتم إجراء قياسين بالتوازي فيما يتعلق بعينة واحدة من الدفعة التي تم تحليلها.
النتيجة النهائية هي المتوسط الحسابي لاثنين من القياسات المأخوذة بالتوازي ، أو نتيجة قياس واحد فقط.
اعتماد النتائج على جودة العينة
لتحليل مضان الأشعة السينية ، ينطبق الحد فقط على المادة التي يتم اكتشاف العنصر فيها. بالنسبة للمواد المختلفة ، تختلف حدود الكشف الكمي للعناصر.
يمكن أن يلعب العدد الذري لعنصر ما دورًا كبيرًا. مع تساوي الأشياء الأخرى ، يصعب تحديد العناصر الخفيفة ، وتكون العناصر الثقيلة أسهل. أيضًا ، من السهل تحديد نفس العنصر في مصفوفة ضوئية منه في مصفوفة ثقيلة.
وفقًا لذلك ، تعتمد الطريقة على جودة العينة فقط إلى الحد الذي يمكن فيه احتواء العنصر في تكوينه.
