Ռենտգենյան սպեկտրային անալիզը կարևոր տեղ է զբաղեցնում նյութերի ուսումնասիրման բոլոր մեթոդների շարքում։ Այն լայնորեն կիրառվում է տեխնոլոգիայի տարբեր ոլորտներում՝ առանց փորձանմուշը ոչնչացնելու էքսպրես հսկողության հնարավորության շնորհիվ։ Մեկ քիմիական տարրի որոշման ժամանակը կարող է լինել ընդամենը մի քանի վայրկյան, ուսումնասիրվող նյութերի տեսակի վերաբերյալ գործնականում սահմանափակումներ չկան: Վերլուծությունն իրականացվում է ինչպես որակական, այնպես էլ քանակական առումով։
Ռենտգենյան սպեկտրային վերլուծության էությունը
Ռենտգենյան սպեկտրային անալիզը նյութերի ուսումնասիրության և վերահսկման ֆիզիկական մեթոդներից մեկն է։ Այն հիմնված է սպեկտրոսկոպիայի բոլոր մեթոդների համար ընդհանուր գաղափարի վրա:
Ռենտգենյան սպեկտրային վերլուծության էությունը կայանում է նրանում, որ նյութը կարող է արձակել բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթում, երբ ատոմները ռմբակոծվում են արագ էլեկտրոններով կամ քվանտներով: Միևնույն ժամանակ, նրանց էներգիան պետք է լինի ավելի մեծ, քան այն էներգիան, որն անհրաժեշտ է ատոմի թաղանթից էլեկտրոն հանելու համար։ Նման ազդեցությունը հանգեցնում է ոչ միայն բնորոշ ճառագայթման սպեկտրի տեսքին,բաղկացած փոքր թվով սպեկտրային գծերից, բայց նաև շարունակական։ Հայտնաբերված մասնիկների էներգետիկ բաղադրության գնահատումը հնարավորություն է տալիս եզրակացություններ անել ուսումնասիրվող օբյեկտի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների վերաբերյալ։
Կախված նյութի վրա գործողության եղանակից՝ գրանցվում են կամ նույն տեսակի մասնիկներ, կամ այլ մասնիկներ։ Գոյություն ունի նաև ռենտգենյան կլանման սպեկտրոսկոպիա, սակայն այն առավել հաճախ ծառայում է որպես օժանդակ գործիք՝ ավանդական ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիայի հիմնական խնդիրները հասկանալու համար:
Նյութերի տեսակներ
Ռենտգենյան սպեկտրային վերլուծության մեթոդները թույլ են տալիս ուսումնասիրել նյութի քիմիական բաղադրությունը: Այս մեթոդը կարող է օգտագործվել նաև որպես էքսպրես ոչ կործանարար փորձարկման մեթոդ: Հետազոտության մեջ կարող են ներառվել նյութերի հետևյալ տեսակները՝
- մետաղներ և համաձուլվածքներ;
- ժայռեր;
- ապակի և կերամիկա;
- հեղուկ;
- հղկող նյութեր;
- գազեր;
- ամորֆ նյութեր;
- պոլիմերներ և այլ օրգանական միացություններ;
- սպիտակուցներ և նուկլեինաթթուներ.
Ռենտգենյան սպեկտրային վերլուծությունը նաև թույլ է տալիս որոշել նյութերի հետևյալ հատկությունները.
- փուլային կազմ;
- մեկ բյուրեղների, կոլոիդային մասնիկների կողմնորոշումը և չափը;
- համաձուլվածքի վիճակի դիագրամներ;
- ատոմային կառուցվածք և բյուրեղային ցանցի տեղահանում;
- ներքին սթրեսներ;
- ջերմային ընդարձակման գործակից և այլ բնութագրեր։
Հիմք ընդունելով այս մեթոդըարտադրությունը օգտագործում է ռենտգենյան թերության հայտնաբերում, որը թույլ է տալիս հայտնաբերել տարբեր տեսակի անհամասեռություններ նյութերում:
- shells;
- օտարերկրյա ընդգրկումներ;
- ծակոտիներ;
- ճաքեր;
- Սխալ զոդում և այլ թերություններ։
Վերլուծության տեսակները
Կախված ռենտգենյան ճառագայթների առաջացման եղանակից՝ առանձնանում են ռենտգենյան սպեկտրային անալիզի հետևյալ տեսակները՝
- Ռենտգեն ֆլուորեսցենտ. Ատոմները գրգռվում են առաջնային ռենտգենյան ճառագայթմամբ (բարձր էներգիայի ֆոտոններ): Սա տևում է մոտ մեկ միկրովայրկյան, որից հետո նրանք անցնում են հանգիստ, հիմնական դիրքի: Այնուհետև ավելորդ էներգիան արտանետվում է ֆոտոնի տեսքով: Յուրաքանչյուր նյութ արտանետում է այս մասնիկները էներգիայի որոշակի մակարդակով, ինչը հնարավորություն է տալիս ճշգրիտ նույնականացնել դրանք։
- Ռենտգեն ռադիոմետրիկ. Նյութի ատոմները գրգռվում են ռադիոակտիվ իզոտոպի գամմա ճառագայթմամբ։
- Էլեկտրոնային զոնդ. Ակտիվացումն իրականացվում է կենտրոնացված էլեկտրոնային ճառագայթով մի քանի տասնյակ keV էներգիայով:
- Փորձում իոնային գրգռմամբ (պրոտոններ կամ ծանր իոններ):
Ռենտգենյան սպեկտրային վերլուծության ամենատարածված մեթոդը ֆլուորեսցենցիան է: Ռենտգենային գրգռումը, երբ նմուշը ռմբակոծվում է էլեկտրոններով, կոչվում է ուղիղ, իսկ երբ ճառագայթվում է ռենտգենյան ճառագայթներով՝ երկրորդական (լյումինեսցենտ):
Ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային անալիզի հիմունքներ
ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային մեթոդ լայնորենօգտագործվում է արդյունաբերության և գիտական հետազոտությունների մեջ։ Սպեկտրոմետրի հիմնական տարրը առաջնային ճառագայթման աղբյուրն է, որն առավել հաճախ օգտագործվում է որպես ռենտգենյան խողովակներ։ Այս ճառագայթման ազդեցության տակ նմուշը սկսում է լյումինեսցվել՝ արձակելով գծային սպեկտրի ռենտգենյան ճառագայթներ։ Մեթոդի ամենակարևոր առանձնահատկություններից մեկն այն է, որ յուրաքանչյուր քիմիական տարր ունի իր սպեկտրային բնութագրերը՝ անկախ նրանից՝ այն գտնվում է ազատ, թե կապված վիճակում (որպես որևէ միացության մաս)։ Գծերի պայծառությունը փոխելը հնարավորություն է տալիս քանակականացնել դրա կոնցենտրացիան:
Ռենտգենյան խողովակը փուչիկ է, որի ներսում վակուում է առաջանում: Խողովակի մի ծայրում վոլֆրամային մետաղալարի տեսքով կաթոդ կա։ Այն տաքացվում է էլեկտրական հոսանքի միջոցով մինչև էլեկտրոնների արտանետում ապահովող ջերմաստիճան: Մյուս ծայրում մետաղական զանգվածային թիրախի տեսքով անոդ է: Կաթոդի և անոդի միջև ստեղծվում է պոտենցիալ տարբերություն, որի շնորհիվ էլեկտրոնները արագանում են։
Լիցքավորված մասնիկները, որոնք շարժվում են մեծ արագությամբ, հարվածում են անոդին և գրգռում bremsstrahlung-ը: Խողովակի պատին թափանցիկ պատուհան կա (առավել հաճախ այն պատրաստված է բերիլիումից), որից դուրս են գալիս ռենտգենյան ճառագայթները։ Ռենտգենյան սպեկտրալ վերլուծության սարքերում անոդը պատրաստված է մի քանի տեսակի մետաղից՝ վոլֆրամ, մոլիբդեն, պղինձ, քրոմ, պալադիում, ոսկի, ռենիում։
Ճառագայթման տարրալուծումը սպեկտրի մեջ և դրա գրանցումը
Սպեկտրում ռենտգենյան ճառագայթների ցրման 2 տեսակ կա՝ ալիք և էներգիա։ Առաջին տեսակը ամենատարածվածն է: Ռենտգենյան սպեկտրոմետրերը, որոնք գործում են ալիքի ցրման սկզբունքով, ունեն անալիզատորի բյուրեղներ, որոնք ալիքները ցրում են որոշակի անկյան տակ։
Մեկ բյուրեղները օգտագործվում են ռենտգենյան ճառագայթները սպեկտրի մեջ քայքայելու համար:
- լիթիումի ֆտորիդ;
- քվարց;
- ածխածին;
- թթու կալիումի կամ թալիումի ֆտալատ;
- սիլիկոն.
Նրանք կատարում են դիֆրակցիոն ցանցերի դեր: Զանգվածային բազմատարր վերլուծության համար գործիքներն օգտագործում են այնպիսի բյուրեղների մի շարք, որոնք գրեթե ամբողջությամբ ընդգրկում են քիմիական տարրերի ողջ տիրույթը:
Ռենտգենային տեսախցիկներն օգտագործվում են ռադիոգրաֆիա կամ լուսանկարչական թաղանթի վրա ամրագրված դիֆրակցիոն օրինաչափություն ստանալու համար: Քանի որ այս մեթոդը աշխատատար է և պակաս ճշգրիտ, այն ներկայումս օգտագործվում է միայն մետաղների և այլ նյութերի ռենտգեն վերլուծության ժամանակ թերությունների հայտնաբերման համար:
Համամասնական և ցինտիլացիոն հաշվիչներ օգտագործվում են որպես արտանետվող մասնիկների դետեկտորներ: Վերջին տեսակն ունի բարձր զգայունություն կոշտ ճառագայթման շրջանում։ Դետեկտորի ֆոտոկատոդի վրա ընկած ֆոտոնները վերածվում են էլեկտրական լարման իմպուլսի։ Ազդանշանը սկզբում գնում է դեպի ուժեղացուցիչ, այնուհետև համակարգչի մուտք:
Կիրառման շրջանակը
Ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային անալիզն օգտագործվում է հետևյալ նպատակների համար՝
- յուղում վնասակար կեղտերի որոշում ևնավթամթերք (բենզին, քսանյութ և այլն); ծանր մետաղներ և այլ վտանգավոր միացություններ հողի, օդի, ջրի, սննդի մեջ;
- Քիմիական արդյունաբերության կատալիզատորների վերլուծություն;
- բյուրեղային ցանցի ժամանակաշրջանի ճշգրիտ որոշում;
- պաշտպանիչ ծածկույթների հաստության հայտնաբերում ոչ կործանարար մեթոդով;
- հումքի աղբյուրների որոշում, որոնցից պատրաստված է ապրանքը;
- նյութի միկրոծավալների հաշվարկ;
- ժայռերի հիմնական և կեղտոտ բաղադրիչների որոշում երկրաբանության և մետաղագործության մեջ;
- մշակութային և պատմական արժեք ներկայացնող առարկաների (սրբապատկերներ, նկարներ, որմնանկարներ, զարդեր, սպասք, զարդանախշեր և տարբեր նյութերից պատրաստված այլ իրեր) ուսումնասիրություն, դրանց թվագրում;
- կազմի որոշում դատաբժշկական անալիզի համար:
Նմուշի պատրաստում
Ուսումնասիրության համար նախապես անհրաժեշտ է նմուշի պատրաստում: Նրանք պետք է համապատասխանեն հետևյալ պայմաններին ռենտգեն վերլուծության համար.
- Միասնություն. Այս պայմանը կարելի է կատարել առավել պարզ հեղուկ նմուշների համար: Ուսումնասիրությունից անմիջապես առաջ լուծումը շերտավորելիս այն խառնվում է: Քիմիական տարրերի համար ճառագայթման կարճ ալիքի տարածաշրջանում միատարրությունը ձեռք է բերվում փոշու վերածելու միջոցով, իսկ երկար ալիքի տարածքում՝ հոսքի հետ միաձուլմամբ:
- դիմացկուն է արտաքին ազդեցություններին։
- Համապատասխանում է նմուշի բեռնիչի չափին:
- Պինդ նմուշների օպտիմալ կոշտություն։
Քանի որ հեղուկ նմուշներն ունեն մի շարք թերություններ (գոլորշիացում, տաքացման ժամանակ դրանց ծավալի փոփոխություն, տեղումներ.նստվածք ռենտգեն ճառագայթման ազդեցության տակ), նախընտրելի է օգտագործել չոր նյութ ռենտգեն սպեկտրային վերլուծության համար: Փոշու նմուշները լցնում են կյուվետի մեջ և սեղմում: Կիվետը տեղադրվում է պահարանի մեջ ադապտերի միջոցով:
Քանակական վերլուծության համար փոշու նմուշները խորհուրդ է տրվում սեղմել հաբերի մեջ: Դրա համար նյութը մանրացնում են մինչև մանր փոշու վիճակ, իսկ հետո մամուլում պատրաստում են հաբեր: Փխրուն նյութերը ամրացնելու համար դրանք տեղադրվում են բորաթթվի սուբստրատի վրա: Հեղուկները լցվում են կուվետների մեջ՝ օգտագործելով պիպետ՝ միաժամանակ ստուգելով պղպջակների բացակայությունը։
Նմուշների պատրաստումը, անալիզի տեխնիկայի և օպտիմալ ռեժիմի ընտրությունը, ստանդարտների ընտրությունը և դրանց վրա անալիտիկ գրաֆիկների կառուցումն իրականացվում է ռենտգենյան սպեկտրալ անալիզի լաբորանտի կողմից, ով պետք է իմանա ֆիզիկայի, քիմիայի հիմունքները:, սպեկտրոմետրերի նախագծումը և հետազոտության մեթոդաբանությունը։
Որակական վերլուծություն
Նմուշների որակական բաղադրության որոշումն իրականացվում է դրանցում առկա որոշակի քիմիական տարրերի հայտնաբերման նպատակով: Քանակականացում չի իրականացվում։ Հետազոտությունն իրականացվում է հետևյալ հաջորդականությամբ՝
- նմուշների պատրաստում;
- սպեկտրոմետրի պատրաստում (տաքացում, գոնիոմետրի տեղադրում, ալիքի երկարության տիրույթի կարգավորում, սկանավորման քայլ և ազդեցության ժամանակը ծրագրում);
- Նմուշի արագ սկանավորում, ստացված սպեկտրների գրանցում համակարգչի հիշողության մեջ;
- վերծանում ստացված սպեկտրային տարրալուծումը:
Ճառագայթման ինտենսիվությունը յուրաքանչյուր պահիսկանավորումը ցուցադրվում է համակարգչային մոնիտորի վրա գրաֆիկի տեսքով, որի հորիզոնական առանցքի երկայնքով գծագրված է ալիքի երկարությունը, իսկ ուղղահայաց առանցքի երկայնքով՝ ճառագայթման ինտենսիվությունը: Ժամանակակից սպեկտրոմետրերի ծրագրային ապահովումը հնարավորություն է տալիս ավտոմատ կերպով վերծանել ստացված տվյալները։ Որակական ռենտգեն վերլուծության արդյունքը նմուշում հայտնաբերված քիմիական նյութերի տողերի ցանկն է։
Սխալներ
Կեղծ նույնականացված քիմիական տարրեր հաճախ կարող են առաջանալ: Դա պայմանավորված է հետևյալ պատճառներով.
- ցրված bremsstrahlung-ի պատահական շեղումներ;
- շեղված գծեր անոդային նյութից, ֆոնային ճառագայթում;
- գործիքների սխալներ։
Ամենամեծ անճշտությունը բացահայտվում է նմուշների ուսումնասիրության ժամանակ, որոնցում գերակշռում են օրգանական ծագման թեթեւ տարրերը։ Մետաղների ռենտգենյան սպեկտրային վերլուծություն կատարելիս ցրված ճառագայթման մասնաբաժինը ավելի քիչ է։
Քանակական վերլուծություն
Քանակական վերլուծություն իրականացնելուց առաջ պահանջվում է սպեկտրոմետրի հատուկ կարգավորում՝ չափաբերում ստանդարտ նմուշների միջոցով: Փորձարկման նմուշի սպեկտրը համեմատվում է տրամաչափման նմուշների ճառագայթումից ստացված սպեկտրի հետ:
Քիմիական տարրերի որոշման ճշգրտությունը կախված է բազմաթիվ գործոններից, ինչպիսիք են՝
- միջտարրերի գրգռման էֆեկտ;
- ֆոնային ցրման սպեկտր;
- սարքի լուծում;
- սպեկտրոմետրի հաշվման բնութագրիչի գծայինություն;
- ռենտգենյան խողովակի սպեկտր և այլն:
Այս մեթոդն ավելի բարդ է և պահանջում է վերլուծական ուսումնասիրություն՝ հաշվի առնելով փորձարարական կամ տեսականորեն նախապես որոշված հաստատունները։
Արժանապատվություն
Ռենտգեն մեթոդի առավելությունները ներառում են՝
- ոչ կործանարար փորձարկման հնարավորություն;
- բարձր զգայունություն և ճշգրտություն (կեղտոտության որոշում մինչև 10-3%);
- վերլուծված քիմիական տարրերի լայն տեսականի;
- հեշտ նմուշի պատրաստում;
- բազմակողմանիություն;
- ավտոմատ մեկնաբանման հնարավորություն և մեթոդի բարձր կատարողականություն:
Թերություններ
Ռենտգենյան սպեկտրային վերլուծության թերությունների թվում են հետևյալը.
- անվտանգության պահանջների բարձրացում;
- անհրաժեշտ է անհատական ավարտական;
- Քիմիական կազմի դժվար մեկնաբանություն, երբ որոշ տարրերի բնորոշ գծերը մոտ են;
- հազվագյուտ նյութերից անոդներ արտադրելու անհրաժեշտություն՝ նվազեցնելու ֆոնային բնորոշ ճառագայթումը, որն ազդում է արդյունքների հուսալիության վրա:
