XRF (ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային վերլուծություն) ֆիզիկական վերլուծության մեթոդ է, որն ուղղակիորեն որոշում է փոշու, հեղուկ և պինդ նյութերի գրեթե բոլոր քիմիական տարրերը:
Մեթոդի առավելությունները
Այս մեթոդը ունիվերսալ է, քանի որ այն հիմնված է արագ և հեշտ նմուշի պատրաստման վրա: Մեթոդը լայնորեն կիրառվել է արդյունաբերության մեջ, գիտական հետազոտությունների ոլորտում։ Ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային վերլուծության մեթոդը հսկայական ներուժ ունի, որն օգտակար է շրջակա միջավայրի տարբեր օբյեկտների շատ բարդ վերլուծության, ինչպես նաև արտադրված արտադրանքի որակի վերահսկման և պատրաստի արտադրանքի և հումքի վերլուծության համար:
Պատմություն
Ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային անալիզն առաջին անգամ նկարագրվել է 1928 թվականին երկու գիտնականների՝ Գլոկերի և Շրայբերի կողմից: Սարքն ինքնին ստեղծվել է միայն 1948 թվականին գիտնականներ Ֆրիդմանի և Բուրքսի կողմից։ Որպես դետեկտոր՝ նրանք վերցրել են Գայգերի հաշվիչը, որը բարձր զգայունություն է ցույց տվել տարրի միջուկի ատոմային թվի նկատմամբ։
Հելիումը կամ վակուումային միջավայրը հետազոտության մեթոդում սկսեցին կիրառվել 1960թ. Դրանք օգտագործվել են լուսային տարրերի որոշման համար։ Նաև սկսեց օգտագործել ֆտորիդ բյուրեղներլիթիում. Դրանք օգտագործվել են դիֆրակցիայի համար։ Ռոդիումի և քրոմի խողովակները օգտագործվել են ալիքի գոտին գրգռելու համար։
Si(Li) - սիլիցիումի լիթիումի դրեյֆ դետեկտորը հայտնագործվել է 1970 թվականին: Այն ապահովում էր տվյալների բարձր զգայունություն և չէր պահանջում բյուրեղացնողի օգտագործումը: Այնուամենայնիվ, այս գործիքի էներգիայի լուծումը ավելի վատն էր:
Ավտոմատացված վերլուծական մասի և գործընթացի կառավարումը փոխանցվել է մեքենային համակարգիչների գալուստով: Կառավարումն իրականացվել է գործիքի կամ համակարգչի ստեղնաշարի վահանակից։ Անալիզատորներն այնքան հայտնի դարձան, որ ընդգրկվեցին Apollo 15 և Apollo 16 առաքելություններում:
Այս պահին տիեզերակայաններն ու տիեզերք արձակված նավերը հագեցած են այդ սարքերով։ Սա թույլ է տալիս բացահայտել և վերլուծել այլ մոլորակների ապարների քիմիական կազմը։
Մեթոդի էություն
Ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային վերլուծության էությունը ֆիզիկական անալիզ անցկացնելն է: Այս կերպ հնարավոր է վերլուծել ինչպես պինդ (ապակու, մետաղ, կերամիկա, ածուխ, քար, պլաստմասսա), այնպես էլ հեղուկ (յուղ, բենզին, լուծույթներ, ներկեր, գինի և արյուն): Մեթոդը թույլ է տալիս որոշել շատ փոքր կոնցենտրացիաներ՝ ppm մակարդակով (մեկ մաս միլիոնին): Մեծ նմուշները՝ մինչև 100%, նույնպես ենթակա են հետազոտության։
Այս վերլուծությունը արագ է, անվտանգ և շրջակա միջավայրի համար ոչ կործանարար: Այն ունի արդյունքների բարձր վերարտադրելիություն և տվյալների ճշգրտություն: Մեթոդը թույլ է տալիս կիսաքանակ, որակական և քանակական հայտնաբերում բոլոր տարրերը, որոնք առկա են նմուշում:
Անալիզի ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային մեթոդի էությունըպարզ ու հասկանալի. Եթե մի կողմ թողնեք տերմինաբանությունը և փորձեք մեթոդը բացատրել ավելի պարզ ձևով, ապա ստացվում է. Որ վերլուծությունը կատարվում է ատոմի ճառագայթման արդյունքում առաջացող ճառագայթման համեմատության հիման վրա։
Կա ստանդարտ տվյալների մի շարք, որն արդեն հայտնի է: Արդյունքները համեմատելով այս տվյալների հետ՝ գիտնականները եզրակացնում են, թե որն է նմուշի կազմը։
Ժամանակակից սարքերի պարզությունն ու մատչելիությունը թույլ են տալիս դրանք օգտագործել ստորջրյա հետազոտություններում, տիեզերքում, մշակույթի և արվեստի բնագավառում տարբեր ուսումնասիրություններում:
Աշխատանքի սկզբունք
Այս մեթոդը հիմնված է սպեկտրի վերլուծության վրա, որը ստացվում է ռենտգենյան ճառագայթներով հետազոտվող նյութի մերկացման միջոցով։
Ճառագայթման ժամանակ ատոմը ձեռք է բերում գրգռված վիճակ, որն ուղեկցվում է էլեկտրոնների ավելի բարձր կարգի քվանտային մակարդակների անցումով։ Ատոմն այս վիճակում մնում է շատ կարճ ժամանակ՝ մոտ 1 միկրովայրկյան, իսկ դրանից հետո վերադառնում է իր հիմնական վիճակին (հանգիստ դիրք)։ Այս պահին արտաքին թաղանթների վրա տեղակայված էլեկտրոնները կա՛մ լրացնում են թափուր տեղերը, և ավելորդ էներգիան ազատում են ֆոտոնների տեսքով, կա՛մ էներգիա են փոխանցում արտաքին թաղանթների վրա գտնվող այլ էլեկտրոններին (դրանք կոչվում են Auger էլեկտրոններ): Այս պահին յուրաքանչյուր ատոմ արձակում է ֆոտոէլեկտրոն, որի էներգիան խիստ արժեք ունի։ Օրինակ, երկաթը, երբ ենթարկվում է ռենտգենյան ճառագայթների, արտանետում է Kα-ին հավասար ֆոտոններ կամ 6,4 կՎ: Համապատասխանաբար, ըստ քվանտների և էներգիայի քանակի, կարելի է դատել նյութի կառուցվածքի մասին։
Ռադիացիոն աղբյուր
Մետաղների անալիզի ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային մեթոդը որպես բուժման աղբյուր օգտագործում է ինչպես տարբեր տարրերի իզոտոպներ, այնպես էլ ռենտգենյան խողովակներ: Յուրաքանչյուր երկիր ունի տարբեր պահանջներ արտանետվող իզոտոպների արտահանման և ներմուծման համար, համապատասխանաբար, նման սարքավորումների արտադրության ոլորտում նրանք նախընտրում են օգտագործել ռենտգենյան խողովակ։
Նման խողովակները գալիս են պղնձի, արծաթի, ռոդիումի, մոլիբդենի կամ այլ անոդների հետ: Որոշ իրավիճակներում անոդն ընտրվում է կախված առաջադրանքից:
Հոսանքն ու լարումը տարբեր են տարբեր տարրերի համար: Բավական է ուսումնասիրել թեթև տարրերը 10 կՎ լարման, ծանր՝ 40-50 կՎ, միջինը՝ 20-30 կՎ։
Լույսի տարրերի ուսումնասիրության ընթացքում շրջապատող մթնոլորտը հսկայական ազդեցություն ունի սպեկտրի վրա: Այս ազդեցությունը նվազեցնելու համար նմուշը հատուկ խցիկում տեղադրվում է վակուումում կամ տարածքը լցվում է հելիումով: Հուզված սպեկտրը գրանցվում է հատուկ սարքի՝ դետեկտորի միջոցով։ Տարբեր տարրերի ֆոտոնների միմյանցից բաժանման ճշգրտությունը կախված է նրանից, թե որքան բարձր է դետեկտորի սպեկտրային լուծաչափը։ Այժմ ամենաճիշտը 123 էՎ մակարդակի լուծաչափն է: Ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային անալիզն իրականացվում է նման տիրույթի սարքի միջոցով՝ մինչև 100% ճշգրտությամբ:
Ֆոտոէլեկտրոնը լարման իմպուլսի վերածելուց հետո, որը հաշվում են հատուկ հաշվիչ էլեկտրոնիկայի միջոցով, այն փոխանցվում է համակարգչին։ Սպեկտրի գագաթներից, որոնք տվել են ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային վերլուծություն, հեշտ է որակապես որոշել, թե որուսումնասիրված նմուշում կան տարրեր. Քանակական բովանդակությունը ճշգրիտ որոշելու համար անհրաժեշտ է ուսումնասիրել ստացված սպեկտրը հատուկ տրամաչափման ծրագրում։ Ծրագիրը նախապես ստեղծված է։ Դրա համար օգտագործվում են նախատիպեր, որոնց կազմը նախապես հայտնի է բարձր ճշգրտությամբ։
Պարզ ասած՝ ուսումնասիրված նյութի ստացված սպեկտրը պարզապես համեմատվում է հայտնիի հետ։ Այսպիսով, տեղեկություն է ստացվում նյութի բաղադրության մասին։
Հնարավորություններ
Ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային վերլուծության մեթոդը թույլ է տալիս վերլուծել՝
- նմուշներ, որոնց չափը կամ զանգվածը աննշան է (100-0,5 մգ);
- սահմանների զգալի նվազում (1-2 կարգով ավելի ցածր, քան XRF);
- վերլուծություն՝ հաշվի առնելով քվանտային էներգիայի տատանումները:
Հետազոտվող նմուշի հաստությունը չպետք է գերազանցի 1 մմ:
Նմուշի նման չափի դեպքում հնարավոր է ճնշել նմուշի երկրորդական գործընթացները, որոնց թվում՝
- բազմակի Compton ցրում, որը զգալիորեն ընդլայնում է գագաթնակետը լույսի մատրիցներում;
- բրեմսստրալունգ ֆոտոէլեկտրոնների (նպաստում է ֆոնային բարձրավանդակին);
- միջտարրերի գրգռում, ինչպես նաև ֆլուորեսցենտային կլանում, որը պահանջում է միջտարրերի ուղղում սպեկտրի մշակման ընթացքում:
Մեթոդի թերությունները
Հատկանշական թերություններից է բարդությունը, որն ուղեկցում է բարակ նմուշների պատրաստմանը, ինչպես նաև նյութի կառուցվածքի խիստ պահանջները: Հետազոտության համար նմուշը պետք է լինի շատ նուրբ ցրված և խիստ միատեսակ։
Մյուս թերությունն այն է, որ մեթոդը մեծապես կապված է ստանդարտների հետ (տեղեկատու նմուշներ): Այս հատկությունը բնորոշ է բոլոր ոչ կործանարար մեթոդներին:
Մեթոդի կիրառում
Ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային անալիզը լայն տարածում է գտել բազմաթիվ ոլորտներում: Այն օգտագործվում է ոչ միայն գիտության կամ արդյունաբերության մեջ, այլև մշակույթի և արվեստի բնագավառում։
Օգտագործված է.
- միջավայրի պահպանություն և էկոլոգիա՝ հողերում ծանր մետաղների որոշման, ինչպես նաև ջրում, տեղումների, տարբեր աերոզոլների մեջ դրանց հայտնաբերման համար;
- հանքաբանությունը և երկրաբանությունը իրականացնում են օգտակար հանածոների, հողերի, ապարների քանակական և որակական վերլուծություններ;
- քիմիական արդյունաբերություն և մետալուրգիա - վերահսկել հումքի որակը, պատրաստի արտադրանքը և արտադրական գործընթացը;
- ներկերի արդյունաբերություն - վերլուծել կապարի ներկը;
- ոսկերչական արդյունաբերություն - չափել թանկարժեք մետաղների կոնցենտրացիան;
- նավթային արդյունաբերություն - որոշել նավթի և վառելիքի աղտոտվածության աստիճանը;
- սննդի արդյունաբերություն - հայտնաբերել թունավոր մետաղները սննդի և բաղադրիչների մեջ;
- գյուղատնտեսություն - վերլուծել հետքի տարրերը տարբեր հողերում, ինչպես նաև գյուղատնտեսական արտադրանքներում;
- հնագիտություն - կատարել տարրական վերլուծություն, ինչպես նաև գտածոների թվագրում;
- արվեստ - նրանք ուսումնասիրում են քանդակներ, նկարներ, ուսումնասիրում են առարկաները և վերլուծում դրանք:
Ուրվականների բնակավայր
Ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային անալիզ ԳՕՍՏ 28033 - 89 կարգավորվում է 1989 թվականից: Փաստաթուղթընթացակարգին վերաբերող բոլոր հարցերը գրանցված են։ Թեև տարիների ընթացքում շատ քայլեր են ձեռնարկվել մեթոդի բարելավման ուղղությամբ, փաստաթուղթը դեռևս արդիական է:
ԳՕՍՏ-ի համաձայն՝ սահմանված են ուսումնասիրված նյութերի համամասնությունները։ Տվյալները ցուցադրվում են աղյուսակում։
Աղյուսակ 1. Զանգվածային կոտորակների հարաբերակցությունը
| Սահմանված տարր | Զանգվածային բաժին, % |
| Ծծումբ | 0,002-ից մինչև 0,20 |
| Սիլիկոն | "0.05" 5.0 |
| Մոլիբդեն | "0.05" 10.0 |
| Տիտանի | "0, 01 " 5, 0 |
| Կոբալտ | "0.05" 20.0 |
| Chrome | "0.05" 35.0 |
| Նիոբիում | "0, 01 " 2, 0 |
| մանգան | "0.05" 20.0 |
| Վանադիում | "0, 01 " 5, 0 |
| վոլֆրամ | "0.05" 20.0 |
| Ֆոսֆոր | "0.002 "0.20 |
Կիրառական սարքավորումներ
Ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային սպեկտրային անալիզն իրականացվում է օգտագործելովհատուկ սարքավորումներ, մեթոդներ և միջոցներ. ԳՕՍՏ-ում օգտագործվող սարքավորումների և նյութերի շարքում նշված են՝
- բազմալիքային և սկանավորող սպեկտրոմետրեր;
- հղկող և զմրուխտ մեքենա (հղկման և մանրացման, տիպ 3B634);
- մակերեսային սրճաղաց (Model 3E711B);
- պտուտակ կտրող խառատահաստոց (մոդել 16P16).
- կտրող անիվներ (ԳՕՍՏ 21963);
- էլեկտրակոռունդի հղկող անիվներ (կերամիկական կապ, հատիկի չափս 50, կարծրություն St2, ԳՕՍՏ 2424);
- հղկման թուղթ (թղթի հիմք, 2-րդ տիպ, ապրանքանիշ BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), էլեկտրակորունդ - նորմալ, հատիկի չափը 50-12, ԳՕՍՏ 6456);
- տեխնիկական էթիլային սպիրտ (ուղղված, ԳՕՍՏ 18300);
- արգոն-մեթան խառնուրդ։
ԳՕՍՏ-ն ընդունում է, որ ճշգրիտ վերլուծություն ապահովելու համար կարող են օգտագործվել այլ նյութեր և սարքավորումներ:
Պատրաստում և նմուշառում ըստ ԳՕՍՏ
Մետաղների ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային վերլուծությունը վերլուծությունից առաջ ներառում է նմուշի հատուկ նախապատրաստում հետագա հետազոտության համար:
Պատրաստումն իրականացվում է համապատասխան հերթականությամբ.
- Ճառագայթման ենթակա մակերեսը սրված է: Անհրաժեշտության դեպքում սրբել սպիրտով։
- Նմուշը սերտորեն սեղմվում է ընդունիչի բացվածքին: Եթե նմուշի մակերեսը բավարար չէ, ապա օգտագործվում են հատուկ սահմանափակիչներ։
- Սպեկտրոմետրը պատրաստված է շահագործման համար՝ համաձայն օգտագործման հրահանգների։
- Ռենտգենյան սպեկտրոմետրը տրամաչափվում է ստանդարտ նմուշի միջոցով, որը համապատասխանում է ԳՕՍՏ 8.315-ին: Միատարր նմուշները կարող են օգտագործվել նաև չափաբերման համար:
- Նախնական շրջանավարտն իրականացվում է առնվազն հինգ անգամ։ Այս դեպքում դա արվում է տարբեր օրերի սպեկտրոմետրի աշխատանքի ժամանակ։
- Կալիբրացիաների կրկնակի կիրառման ժամանակ հնարավոր է օգտագործել երկու շարք չափորոշումներ։
Արդյունքների վերլուծություն և մշակում
Ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային վերլուծության մեթոդը՝ համաձայն ԳՕՍՏ-ի, ներառում է զուգահեռ չափումների երկու շարք՝ վերահսկվող յուրաքանչյուր տարրի անալիտիկ ազդանշան ստանալու համար:
Թույլատրվում է օգտագործել անալիտիկ արդյունքի արժեքի արտահայտությունը և զուգահեռ չափումների անհամապատասխանությունը։ Չափման միավորներով կշեռքներն արտահայտում են տրամաչափման բնութագրերի միջոցով ստացված տվյալները։
Եթե թույլատրելի անհամապատասխանությունը գերազանցում է զուգահեռ չափումները, ապա վերլուծությունը պետք է կրկնվի:
Հնարավոր է նաև մեկ չափում։ Այս դեպքում վերլուծված լոտից մեկ նմուշի նկատմամբ զուգահեռ կատարվում են երկու չափումներ։
Վերջնական արդյունքը զուգահեռ կատարված երկու չափումների թվաբանական միջինն է կամ միայն մեկ չափման արդյունքը։
Արդյունքների կախվածությունը նմուշի որակից
Ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային վերլուծության համար սահմանը վերաբերում է միայն այն նյութին, որում հայտնաբերված է տարրը: Տարբեր նյութերի համար տարրերի քանակական հայտնաբերման սահմանները տարբեր են։
Ատոմային թիվը, որն ունի տարրը, կարող է մեծ դեր խաղալ: Այլ հավասար պայմանների դեպքում ավելի դժվար է որոշել թեթև տարրերը, իսկ ծանր տարրերն ավելի հեշտ են: Բացի այդ, նույն տարրը ավելի հեշտ է նույնականացնել թեթև մատրիցայում, քան ծանրում:
Համապատասխանաբար, մեթոդը կախված է նմուշի որակից միայն այնքանով, որքանով տարրը կարող է պարունակվել դրա բաղադրության մեջ։
