XRF (რენტგენის ფლუორესცენციის ანალიზი) არის ფიზიკური ანალიზის მეთოდი, რომელიც პირდაპირ განსაზღვრავს თითქმის ყველა ქიმიურ ელემენტს ფხვნილში, თხევად და მყარ მასალებში.
მეთოდის სარგებელი
ეს მეთოდი უნივერსალურია, რადგან ის ეფუძნება ნიმუშის სწრაფ და მარტივ მომზადებას. მეთოდი ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში, სამეცნიერო კვლევების სფეროში. ანალიზის რენტგენის ფლუორესცენციის მეთოდს აქვს უზარმაზარი პოტენციალი, გამოსადეგია სხვადასხვა გარემოსდაცვითი ობიექტების ძალიან რთული ანალიზისთვის, ასევე წარმოებული პროდუქციის ხარისხის კონტროლისა და მზა პროდუქტებისა და ნედლეულის ანალიზში.
ისტორია
რენტგენის ფლუორესცენციის ანალიზი პირველად 1928 წელს აღწერა ორმა მეცნიერმა - გლოკერმა და შრაიბერმა. თავად მოწყობილობა მხოლოდ 1948 წელს შექმნეს მეცნიერებმა ფრიდმანმა და ბურქსმა. როგორც დეტექტორი, მათ აიღეს გეიგერის მრიცხველი, რომელიც აჩვენებდა მაღალ მგრძნობელობას ელემენტის ბირთვის ატომური რიცხვის მიმართ.
ჰელიუმის ან ვაკუუმის გარემო კვლევის მეთოდში გამოყენება დაიწყო 1960 წელს. ისინი გამოიყენებოდა მსუბუქი ელემენტების დასადგენად. ასევე დაიწყო ფტორის კრისტალების გამოყენებალითიუმი. მათ იყენებდნენ დიფრაქციისთვის. როდიუმის და ქრომის მილები გამოიყენებოდა ტალღის ზოლის გასააქტიურებლად.
Si(Li) - სილიციუმის ლითიუმის დრიფტის დეტექტორი გამოიგონეს 1970 წელს. იგი უზრუნველყოფდა მონაცემთა მაღალ მგრძნობელობას და არ საჭიროებდა კრისტალიზატორის გამოყენებას. თუმცა, ამ ინსტრუმენტის ენერგეტიკული გარჩევადობა უარესი იყო.
ავტომატური ანალიტიკური ნაწილი და პროცესის კონტროლი გადაეცა მანქანას კომპიუტერების მოსვლასთან ერთად. კონტროლი განხორციელდა პანელიდან ინსტრუმენტზე ან კომპიუტერის კლავიატურაზე. ანალიზატორები იმდენად პოპულარული გახდა, რომ ისინი მოხვდნენ Apollo 15 და Apollo 16 მისიებში.
ამ დროისთვის, კოსმოსში გაშვებული კოსმოსური სადგურები და ხომალდები აღჭურვილია ამ მოწყობილობებით. ეს საშუალებას გაძლევთ ამოიცნოთ და გააანალიზოთ სხვა პლანეტების ქანების ქიმიური შემადგენლობა.
მეთოდის არსი
რენტგენის ფლუორესცენტული ანალიზის არსი არის ფიზიკური ანალიზის ჩატარება. ამ გზით შესაძლებელია როგორც მყარი (მინა, ლითონი, კერამიკა, ქვანახშირი, ქვა, პლასტმასის) და სითხეების (ზეთი, ბენზინი, ხსნარები, საღებავები, ღვინო და სისხლი) ანალიზი. მეთოდი საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ძალიან მცირე კონცენტრაციები, ppm დონეზე (ერთი ნაწილი მილიონზე). დიდი ნიმუშები, 100%-მდე, ასევე ექვემდებარება კვლევას.
ეს ანალიზი არის სწრაფი, უსაფრთხო და არადესტრუქციული გარემოსთვის. მას აქვს შედეგების მაღალი განმეორებადობა და მონაცემთა სიზუსტე. მეთოდი საშუალებას იძლევა ნახევრად რაოდენობრივი, ხარისხობრივი და რაოდენობრივი გამოვლენის ყველა ელემენტი, რომელიც არის ნიმუშში.
ანალიზის რენტგენის ფლუორესცენციის მეთოდის არსიმარტივი და გასაგები. თუ ტერმინოლოგიას გვერდზე დატოვებთ და ეცდებით მეთოდის უფრო მარტივ ახსნას, გამოდის. რომ ანალიზი ტარდება ატომის დასხივების შედეგად მიღებული გამოსხივების შედარების საფუძველზე.
არსებობს სტანდარტული მონაცემების ნაკრები, რომელიც უკვე ცნობილია. შედეგების ამ მონაცემებთან შედარებით, მეცნიერები ასკვნიან, თუ როგორია ნიმუშის შემადგენლობა.
თანამედროვე მოწყობილობების სიმარტივე და ხელმისაწვდომობა საშუალებას აძლევს მათ გამოიყენონ წყალქვეშა კვლევებში, კოსმოსში, კულტურისა და ხელოვნების სფეროში სხვადასხვა კვლევებში.
მუშაობის პრინციპი
ეს მეთოდი ეფუძნება სპექტრის ანალიზს, რომელიც მიიღება გამოსაკვლევი მასალის რენტგენის სხივებით გამოფენით.
დასხივების დროს ატომი იძენს აღგზნებულ მდგომარეობას, რასაც თან ახლავს ელექტრონების გადასვლა უმაღლესი რიგის კვანტურ დონეზე. ატომი ამ მდგომარეობაში რჩება ძალიან მცირე ხნით, დაახლოებით 1 მიკროწამით და ამის შემდეგ უბრუნდება თავის ძირითად მდგომარეობას (მშვიდი პოზიცია). ამ დროს გარე გარსებზე განლაგებული ელექტრონები ან ავსებენ ცარიელ ადგილებს, ხოლო ზედმეტ ენერგიას გამოყოფენ ფოტონების სახით, ან ენერგიას გადასცემენ გარე გარსებზე განლაგებულ სხვა ელექტრონებს (მათ აუგერის ელექტრონებს უწოდებენ). ამ დროს თითოეული ატომი ასხივებს ფოტოელექტრონს, რომლის ენერგიას მკაცრი მნიშვნელობა აქვს. მაგალითად, რკინა რენტგენის სხივების ზემოქმედებისას ასხივებს Ka-ს ტოლ ფოტონებს, ანუ 6,4 კევ-ს. შესაბამისად, კვანტებისა და ენერგიის რაოდენობის მიხედვით შეიძლება ვიმსჯელოთ მატერიის აგებულებაზე.
რადიაციული წყარო
მეტალის ანალიზის რენტგენის ფლუორესცენციის მეთოდი იყენებს როგორც სხვადასხვა ელემენტების იზოტოპებს, ასევე რენტგენის მილებს სამკურნალო წყაროდ. თითოეულ ქვეყანას განსხვავებული მოთხოვნები აქვს ემიტირებული იზოტოპების ექსპორტისა და იმპორტისთვის, შესაბამისად, ასეთი აღჭურვილობის წარმოების ინდუსტრიაში ურჩევნიათ გამოიყენონ რენტგენის მილი.
ასეთ მილებს მოყვება სპილენძი, ვერცხლი, როდიუმი, მოლიბდენი ან სხვა ანოდები. ზოგიერთ სიტუაციაში ანოდი არჩეულია დავალების მიხედვით.
დენი და ძაბვა განსხვავებულია სხვადასხვა ელემენტისთვის. საკმარისია გამოვიკვლიოთ მსუბუქი ელემენტები ძაბვით 10 კვ, მძიმე - 40-50 კვ, საშუალო - 20-30 კვ.
მსუბუქი ელემენტების შესწავლისას, მიმდებარე ატმოსფერო დიდ გავლენას ახდენს სპექტრზე. ამ ეფექტის შესამცირებლად ნიმუშს სპეციალურ კამერაში ათავსებენ ვაკუუმში ან სივრცე ივსება ჰელიუმით. აღგზნებული სპექტრი იწერება სპეციალური მოწყობილობის - დეტექტორის მიერ. სხვადასხვა ელემენტების ფოტონების ერთმანეთისგან გამოყოფის სიზუსტე დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენად მაღალია დეტექტორის სპექტრული გარჩევადობა. ახლა ყველაზე ზუსტი გარჩევადობაა 123 ევ დონეზე. რენტგენის ფლუორესცენციის ანალიზს ატარებს ასეთი დიაპაზონის მოწყობილობა 100%-მდე სიზუსტით.
მას შემდეგ, რაც ფოტოელექტონი გარდაიქმნება ძაბვის იმპულსად, რომელიც ითვლება სპეციალური დამთვლელი ელექტრონიკით, ის გადაეცემა კომპიუტერს. სპექტრის მწვერვალებიდან, რომლებმაც მისცეს რენტგენის ფლუორესცენციის ანალიზი, ხარისხობრივად ადვილია იმის დადგენა, თუ რომელიშესწავლილ ნიმუშში არის ელემენტები. რაოდენობრივი შინაარსის ზუსტად განსაზღვრისათვის საჭიროა მიღებული სპექტრის შესწავლა სპეციალურ კალიბრაციის პროგრამაში. პროგრამა წინასწარ არის შექმნილი. ამისთვის გამოიყენება პროტოტიპები, რომელთა შემადგენლობა წინასწარ არის ცნობილი მაღალი სიზუსტით.
მარტივად რომ ვთქვათ, შესწავლილი ნივთიერების მიღებული სპექტრი უბრალოდ შედარებულია ცნობილთან. ამრიგად, მიღებულია ინფორმაცია ნივთიერების შემადგენლობის შესახებ.
შესაძლებლობა
რენტგენის ფლუორესცენციის ანალიზის მეთოდი საშუალებას გაძლევთ გაანალიზოთ:
- ნიმუშები, რომელთა ზომა ან მასა უმნიშვნელოა (100-0,5 მგ);
- ლიმიტების მნიშვნელოვანი შემცირება (1-2 რიგით დაბალი, ვიდრე XRF);
- ანალიზი კვანტური ენერგიის ვარიაციების გათვალისწინებით.
გამოკვლევის ნიმუშის სისქე არ უნდა აღემატებოდეს 1 მმ.
ასეთი ნიმუშის ზომის შემთხვევაში შესაძლებელია ნიმუშში მეორადი პროცესების ჩახშობა, მათ შორის:
- მრავალჯერადი კომპტონის გაფანტვა, რომელიც მნიშვნელოვნად აფართოებს პიკს სინათლის მატრიცებში;
- ფოტოელექტრონების ბრემსტრალუნგი (ხელს უწყობს ფონის პლატოს);
- ელემენტთაშორის აგზნება, ისევე როგორც ფლუორესცენციის შთანთქმა, რომელიც საჭიროებს ელემენტთაშორის კორექტირებას სპექტრის დამუშავების დროს.
მეთოდის ნაკლოვანებები
ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი ნაკლი არის სირთულე, რომელიც თან ახლავს თხელი ნიმუშების მომზადებას, ისევე როგორც მკაცრი მოთხოვნები მასალის სტრუქტურაზე. კვლევისთვის ნიმუში უნდა იყოს ძალიან წვრილად გაფანტული და უაღრესად ერთგვაროვანი.
კიდევ ერთი ნაკლი არის ის, რომ მეთოდი ძლიერ არის მიბმული სტანდარტებთან (საცნობარო ნიმუშები). ეს ფუნქცია თანდაყოლილია ყველა არადესტრუქციულ მეთოდში.
მეთოდის გამოყენება
რენტგენის ფლუორესცენციის ანალიზი ფართოდ გავრცელდა მრავალ სფეროში. იგი გამოიყენება არა მხოლოდ მეცნიერებაში ან მრეწველობაში, არამედ კულტურისა და ხელოვნების სფეროშიც.
გამოიყენება:
- გარემოს დაცვა და ეკოლოგია ნიადაგში მძიმე ლითონების დასადგენად, აგრეთვე წყალში, ნალექებში, სხვადასხვა აეროზოლებში;
- მინერალოლოგია და გეოლოგია ახორციელებს მინერალების, ნიადაგების, ქანების რაოდენობრივ და ხარისხობრივ ანალიზს;
- ქიმიური მრეწველობა და მეტალურგია - აკონტროლეთ ნედლეულის ხარისხი, მზა პროდუქცია და წარმოების პროცესი;
- საღებავების ინდუსტრია - ტყვიის საღებავის ანალიზი;
- საიუველირო ინდუსტრია - გაზომეთ ძვირფასი ლითონების კონცენტრაცია;
- ნავთობის ინდუსტრია - განსაზღვრეთ ნავთობისა და საწვავის დაბინძურების ხარისხი;
- კვების მრეწველობა - იდენტიფიცირება ტოქსიკური ლითონები საკვებსა და ინგრედიენტებში;
- სოფლის მეურნეობა - მიკროელემენტების ანალიზი სხვადასხვა ნიადაგში, ასევე სასოფლო-სამეურნეო პროდუქტებში;
- არქეოლოგია - ჩაატაროს ელემენტარული ანალიზი, ასევე აღმოჩენების დათარიღება;
- ხელოვნება - ისინი სწავლობენ ქანდაკებებს, ნახატებს, იკვლევენ საგნებს და აანალიზებენ მათ.
მოჩვენებების დასახლება
რენტგენის ფლუორესცენციის ანალიზი GOST 28033 - 89 არეგულირებს 1989 წლიდან. დოკუმენტიყველა კითხვა პროცედურასთან დაკავშირებით რეგისტრირებულია. მიუხედავად იმისა, რომ წლების განმავლობაში მრავალი ნაბიჯი გადაიდგა მეთოდის გასაუმჯობესებლად, დოკუმენტი კვლავ აქტუალურია.
გოსტ-ის მიხედვით დადგენილია შესწავლილი მასალების პროპორციები. მონაცემები ნაჩვენებია ცხრილში.
ცხრილი 1. მასობრივი წილადების შეფარდება
| განსაზღვრული ელემენტი | მასური წილი, % |
| გოგირდი | 0.002-დან 0.20-მდე |
| სილიკონი | "0.05" 5.0 |
| მოლიბდენი | "0.05" 10.0 |
| ტიტანი | "0, 01" 5, 0 |
| კობალტი | "0.05" 20.0 |
| Chrome | "0.05" 35.0 |
| ნიობიუმი | "0, 01" 2, 0 |
| მანგანუმი | "0.05" 20.0 |
| ვანადიუმი | "0, 01" 5, 0 |
| ვოლფრამი | "0.05" 20.0 |
| ფოსფორი | "0.002" 0.20 |
გამოყენებული აღჭურვილობა
რენტგენის ფლუორესცენციული სპექტრალური ანალიზი ტარდება გამოყენებითსპეციალური აღჭურვილობა, მეთოდები და საშუალებები. GOST-ში გამოყენებულ აღჭურვილობასა და მასალებს შორის ჩამოთვლილია:
- მრავალარხიანი და სკანირების სპექტრომეტრები;
- სახეხი და ზურმუხტის მანქანა (დაფქვა და დაფქვა, ტიპი 3B634);
- ზედაპირის საფქვავი (მოდელი 3E711B);
- ხრახნიანი ხრახნი (მოდელი 16P16).
- საჭრელი დისკები (GOST 21963);
- ელექტროკორუნდის აბრაზიული დისკები (კერამიკული შემაერთებელი, მარცვლების ზომა 50, სიმტკიცე St2, GOST 2424);
- სახსარი ქაღალდი (ქაღალდის ბაზა, მე-2 ტიპი, ბრენდი BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), ელექტროკორუნდი - ნორმალური, მარცვლების ზომა 50-12, GOST 6456);
- ტექნიკური ეთილის სპირტი (რექტიფიცირებული, GOST 18300);
- არგონ-მეთანის ნარევი.
GOST აღიარებს, რომ სხვა მასალები და აპარატურა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ზუსტი ანალიზის უზრუნველსაყოფად.
მომზადება და სინჯის აღება GOST მიხედვით
მეტალების რენტგენის ფლუორესცენციული ანალიზი ანალიზამდე მოიცავს სპეციალური ნიმუშის მომზადებას შემდგომი კვლევისთვის.
მომზადება მიმდინარეობს შესაბამისი თანმიმდევრობით:
- დასხივებადი ზედაპირი არის სიმკვეთრე. საჭიროების შემთხვევაში გაწურეთ სპირტით.
- ნიმუში მჭიდროდ არის დაჭერილი მიმღების გახსნაზე. თუ ნიმუშის ზედაპირი არ არის საკმარისი, მაშინ გამოიყენება სპეციალური შეზღუდვები.
- სპექტრომეტრი მომზადებულია მუშაობისთვის გამოყენების ინსტრუქციის მიხედვით.
- რენტგენის სპექტრომეტრი დაკალიბრებულია სტანდარტული ნიმუშის გამოყენებით, რომელიც შეესაბამება GOST 8.315-ს. ჰომოგენური ნიმუშები ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაკალიბრებისთვის.
- დაწყებითი დამთავრება ტარდება მინიმუმ ხუთჯერ. ამ შემთხვევაში, ეს კეთდება სპექტრომეტრის მუშაობის დროს სხვადასხვა დღეებში.
- განმეორებითი კალიბრაციის ჩატარებისას შესაძლებელია კალიბრაციის ორი სერიის გამოყენება.
შედეგის ანალიზი და დამუშავება
რენტგენის ფლუორესცენციის ანალიზის მეთოდი GOST-ის მიხედვით მოიცავს პარალელური გაზომვების ორი სერიის შესრულებას თითოეული კონტროლის ქვეშ მყოფი ელემენტის ანალიტიკური სიგნალის მისაღებად.
დაშვებულია ანალიტიკური შედეგის მნიშვნელობის გამოხატვისა და პარალელური გაზომვების შეუსაბამობის გამოყენება. საზომი ერთეულებით, სასწორები გამოხატავს მიღებულ მონაცემებს კალიბრაციის მახასიათებლების გამოყენებით.
თუ დასაშვები შეუსაბამობა აღემატება პარალელურ გაზომვებს, მაშინ ანალიზი უნდა განმეორდეს.
შესაძლებელია ერთი გაზომვაც. ამ შემთხვევაში, გაანალიზებული ლოტიდან ერთი ნიმუშის პარალელურად ტარდება ორი გაზომვა.
საბოლოო შედეგი არის პარალელურად აღებული ორი გაზომვის საშუალო არითმეტიკული ან მხოლოდ ერთი გაზომვის შედეგი.
შედეგების დამოკიდებულება ნიმუშის ხარისხზე
რენტგენის ფლუორესცენციის ანალიზისთვის ლიმიტი ვრცელდება მხოლოდ იმ ნივთიერებაზე, რომელშიც აღმოჩენილია ელემენტი. სხვადასხვა ნივთიერებისთვის ელემენტების რაოდენობრივი გამოვლენის საზღვრები განსხვავებულია.
ატომური რიცხვი, რომელსაც აქვს ელემენტი, შეიძლება დიდი როლი ითამაშოს. სხვა თანაბარ პირობებში, მსუბუქი ელემენტების დადგენა უფრო რთულია, ხოლო მძიმე ელემენტები უფრო ადვილია. ასევე, ერთი და იგივე ელემენტის იდენტიფიცირება უფრო ადვილია მსუბუქ მატრიცაში, ვიდრე მძიმეში.
შესაბამისად, მეთოდი დამოკიდებულია ნიმუშის ხარისხზე მხოლოდ იმდენად, რამდენადაც ელემენტი შეიძლება შეიცავდეს მის შემადგენლობაში.
