XRF (Röntgenfluoreszenzanalyse) ist ein physikalisches Analyseverfahren, das nahezu alle chemischen Elemente in Pulvern, Flüssigkeiten und Feststoffen direkt bestimmt.
Die Vorteile der Methode
Diese Methode ist universell, da sie auf einer schnellen und einfachen Probenvorbereitung basiert. Das Verfahren ist in der Industrie auf dem Gebiet der wissenschaftlichen Forschung weit verbreitet. Die Röntgenfluoreszenz-Analysemethode hat ein enormes Potenzial, das bei der sehr komplexen Analyse verschiedener Umweltobjekte sowie bei der Qualitätskontrolle von hergestellten Produkten und bei der Analyse von Fertigprodukten und Rohmaterialien nützlich ist.
Geschichte
Die Röntgenfluoreszenzanalyse wurde erstmals 1928 von zwei Wissenschaftlern - Glocker und Schreiber - beschrieben. Das Gerät selbst wurde erst 1948 von den Wissenschaftlern Friedman und Burks entwickelt. Als Detektor nahmen sie einen Geigerzähler, der eine hohe Empfindlichkeit gegenüber der Ordnungszahl des Elementkerns zeigte.
Das Helium- oder Vakuummedium in der Forschungsmethode wurde 1960 eingesetzt. Sie wurden verwendet, um leichte Elemente zu bestimmen. Habe auch angefangen Fluoridkristalle zu verwendenLithium. Sie wurden zur Beugung verwendet. Zur Anregung des Wellenbandes wurden Rhodium- und Chromröhren verwendet.
Si(Li) - Silizium-Lithium-Driftdetektor wurde 1970 erfunden. Es lieferte eine hohe Datenempfindlichkeit und erforderte nicht die Verwendung eines Kristallisators. Allerdings war die Energieauflösung dieses Instruments schlechter.
Automatisierte analytische Teile- und Prozesssteuerung mit dem Aufkommen von Computern auf die Maschine übertragen. Die Steuerung erfolgte über das Bedienfeld des Instruments oder die Computertastatur. Analysatoren wurden so beliebt, dass sie Teil der Missionen Apollo 15 und Apollo 16 waren.
Im Moment sind Raumstationen und Schiffe, die ins All gestartet werden, mit diesen Geräten ausgestattet. Damit können Sie die chemische Zusammensetzung der Gesteine anderer Planeten identifizieren und analysieren.
Method Essence
Die Essenz der Röntgenfluoreszenzanalyse besteht darin, eine physikalische Analyse durchzuführen. Auf diese Weise können sowohl Feststoffe (Glas, Metall, Keramik, Kohle, Gestein, Kunststoff) als auch Flüssigkeiten (Öl, Benzin, Lösungen, Farben, Wein und Blut) analysiert werden. Mit der Methode können Sie sehr kleine Konzentrationen im ppm-Bereich (ein Teil pro Million) bestimmen. Große Stichproben, bis zu 100 %, können ebenfalls untersucht werden.
Diese Analyse ist schnell, sicher und umweltfreundlich. Es hat eine hohe Reproduzierbarkeit der Ergebnisse und Datengenauigkeit. Das Verfahren ermöglicht den halbquantitativen, qualitativen und quantitativen Nachweis aller Elemente, die sich in der Probe befinden.
Die Essenz der Röntgenfluoreszenz-Analysemethodeeinfach und verständlich. Wenn Sie die Terminologie beiseite lassen und versuchen, die Methode einfacher zu erklären, dann stellt sich heraus. Dass die Analyse auf der Grundlage eines Vergleichs der Strahlung erfolgt, die aus der Bestrahlung eines Atoms resultiert.
Es gibt eine Reihe von Standarddaten, die bereits bekannt sind. Durch den Vergleich der Ergebnisse mit diesen Daten schließen die Wissenschaftler auf die Zusammensetzung der Probe.
Die Einfachheit und Zugänglichkeit moderner Geräte ermöglicht den Einsatz in der Unterwasserforschung, im Weltraum und in verschiedenen Studien im Bereich Kultur und Kunst.
Funktionsprinzip
Diese Methode basiert auf der Analyse des Spektrums, das durch Bestrahlung des zu untersuchenden Materials mit Röntgenstrahlen gewonnen wird.
Während der Bestrahlung nimmt das Atom einen angeregten Zustand an, der mit dem Übergang von Elektronen in Quantenniveaus höherer Ordnung einhergeht. In diesem Zustand verweilt das Atom für eine sehr kurze Zeit, etwa 1 Mikrosekunde, und kehrt danach in seinen Grundzustand (Ruhezustand) zurück. Zu diesem Zeitpunkt füllen die Elektronen, die sich auf den äußeren Schalen befinden, entweder die freien Plätze und geben die überschüssige Energie in Form von Photonen ab oder übertragen Energie auf andere Elektronen, die sich auf den äußeren Schalen befinden (sie werden Auger-Elektronen genannt). Zu diesem Zeitpunkt emittiert jedes Atom ein Photoelektron, dessen Energie einen strengen Wert hat. Beispielsweise emittiert Eisen, wenn es Röntgenstrahlen ausgesetzt wird, Photonen gleich Kα oder 6,4 keV. Dementsprechend kann man anhand der Anzahl der Quanten und der Energie die Struktur der Materie beurteilen.
Strahlungsquelle
Die Röntgenfluoreszenzmethode der Metallanalyse verwendet sowohl Isotope verschiedener Elemente als auch Röntgenröhren als Quelle für die Heilung. Jedes Land hat unterschiedliche Anforderungen für den Export und Import von emittierenden Isotopen bzw. in der Industrie für die Herstellung solcher Geräte wird bevorzugt eine Röntgenröhre verwendet.
Solche Röhren gibt es mit Kupfer-, Silber-, Rhodium-, Molybdän- oder anderen Anoden. In manchen Situationen wird die Anode je nach Aufgabenstellung gewählt.
Strom und Spannung sind für verschiedene Elemente unterschiedlich. Es reicht aus, leichte Elemente mit einer Spannung von 10 kV, schwere - 40-50 kV, mittlere - 20-30 kV zu untersuchen.
Während der Untersuchung von Lichtelementen hat die umgebende Atmosphäre einen großen Einfluss auf das Spektrum. Um diesen Effekt zu reduzieren, wird die Probe in einer speziellen Kammer unter Vakuum gesetzt oder der Raum mit Helium gefüllt. Das angeregte Spektrum wird von einem speziellen Gerät - einem Detektor - aufgezeichnet. Die Genauigkeit der Trennung von Photonen verschiedener Elemente voneinander hängt davon ab, wie hoch die spektrale Auflösung des Detektors ist. Am genauesten ist nun die Auflösung auf dem Niveau von 123 eV. Eine Röntgenfluoreszenzanalyse wird von einem Gerät mit einer solchen Reichweite mit einer Genauigkeit von bis zu 100 % durchgeführt.
Nachdem das Photoelektron in einen Spannungsimpuls umgewandelt wurde, der von einer speziellen Zählelektronik gezählt wird, wird er an den Computer übertragen. Aus den Peaks des Spektrums, die die Röntgenfluoreszenzanalyse ergab, ist es leicht, qualitativ zu bestimmen, welcheEs gibt Elemente in der untersuchten Probe. Um den quantitativen Geh alt genau zu bestimmen, ist es notwendig, das resultierende Spektrum in einem speziellen Kalibrierungsprogramm zu untersuchen. Das Programm ist vorgefertigt. Dazu werden Prototypen verwendet, deren Zusammensetzung im Voraus mit hoher Genauigkeit bekannt ist.
Vereinfacht ausgedrückt wird das erh altene Spektrum der untersuchten Substanz einfach mit dem bekannten verglichen. Somit erhält man Informationen über die Zusammensetzung des Stoffes.
Möglichkeiten
Die Methode der Röntgenfluoreszenzanalyse ermöglicht Ihnen die Analyse von:
- Proben, deren Größe oder Masse vernachlässigbar ist (100-0,5 mg);
- deutliche Reduzierung der Grenzwerte (um 1-2 Größenordnungen niedriger als bei XRF);
- Analyse unter Berücksichtigung von Variationen in der Quantenenergie.
Die Dicke der zu untersuchenden Probe sollte 1 mm nicht überschreiten.
Bei einer solchen Stichprobengröße ist es möglich, Nebenprozesse in der Stichprobe zu unterdrücken, darunter:
- multiple Compton-Streuung, die den Peak in leichten Matrizen deutlich verbreitert;
- Bremsstrahlung von Photoelektronen (trägt zum Hintergrundplateau bei);
- Interelement-Anregung sowie Fluoreszenzabsorption, die eine Interelement-Korrektur während der Spektralverarbeitung erfordert.
Nachteile der Methode
Einer der wesentlichen Nachteile ist die Komplexität, die mit der Präparation dünner Proben einhergeht, sowie strenge Anforderungen an die Struktur des Materials. Für die Forschung muss die Probe sehr fein verteilt und sehr gleichmäßig sein.
Ein weiterer Nachteil ist, dass die Methode stark an Standards (Referenzproben) gebunden ist. Diese Funktion ist allen zerstörungsfreien Methoden eigen.
Anwendung der Methode
Die Röntgenfluoreszenzanalyse hat sich in vielen Bereichen durchgesetzt. Es wird nicht nur in Wissenschaft oder Industrie, sondern auch im Bereich Kultur und Kunst eingesetzt.
Verwendet in:
- Umweltschutz und Ökologie zur Bestimmung von Schwermetallen in Böden, sowie zu deren Nachweis in Wasser, Niederschlag, diversen Aerosolen;
- Mineralogie und Geologie führen quantitative und qualitative Analysen von Mineralien, Böden, Gesteinen durch;
- chemische Industrie und Metallurgie - Kontrolle der Qualität von Rohstoffen, Fertigprodukten und des Produktionsprozesses;
- Farbindustrie - Bleifarbe analysieren;
- Schmuckindustrie - Konzentration von Edelmetallen messen;
- Erdölindustrie - bestimmen Sie den Verschmutzungsgrad von Öl und Kraftstoff;
- Lebensmittelindustrie - giftige Metalle in Lebensmitteln und Zutaten identifizieren;
- Landwirtschaft - Analysieren Sie Spurenelemente in verschiedenen Böden sowie in landwirtschaftlichen Produkten;
- Archäologie - Durchführung von Elementaranalysen sowie Datierung von Funden;
- Kunst - sie studieren Skulpturen, Gemälde, untersuchen Gegenstände und analysieren sie.
Geistersiedlung
Röntgenfluoreszenzanalyse GOST 28033 - 89 regelt seit 1989. Dokumentierenalle Fragen zum Verfahren werden registriert. Obwohl im Laufe der Jahre viele Schritte unternommen wurden, um die Methode zu verbessern, ist das Dokument immer noch relevant.
Laut GOST werden die Anteile der untersuchten Materialien festgelegt. Die Daten werden in einer Tabelle angezeigt.
Tabelle 1. Verhältnis der Massenanteile
| Definiertes Element | Massenanteil, % |
| Schwefel | Von 0,002 bis 0,20 |
| Silizium | "0,05 " 5,0 |
| Molybdän | "0,05 " 10,0 |
| Titan | "0, 01 " 5, 0 |
| Cob alt | "0,05 " 20,0 |
| Chrome | "0,05 " 35,0 |
| Niob | "0, 01 " 2, 0 |
| Mangan | "0,05 " 20,0 |
| Vanadium | "0, 01 " 5, 0 |
| Wolfram | "0,05 " 20,0 |
| Phosphor | "0,002 " 0,20 |
Angewandte Ausrüstung
Röntgenfluoreszenz-Spektralanalyse wird mit durchgeführtspezielle Ausrüstung, Methoden und Mittel. Unter den in GOST verwendeten Geräten und Materialien sind aufgeführt:
- Mehrkanal- und Rasterspektrometer;
- Schleif- und Schmirgelmaschine (Schleif- und Schmirgelmaschine, Typ 3B634);
- Flächenschleifer (Modell 3E711B);
- Schraubdrehmaschine (Modell 16P16).
- Schneidräder (GOST 21963);
- Elektrokorund-Schleifscheiben (Keramikbindung, Körnung 50, Härte St2, GOST 2424);
- Schleifpapier (Papierbasis, 2. Typ, Marke BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), Elektrokorund - normal, Körnung 50-12, GOST 6456);
- technischer Ethylalkohol (rektifiziert, GOST 18300);
- Argon-Methan-Gemisch.
GOST gibt zu, dass andere Materialien und Geräte verwendet werden können, um eine genaue Analyse zu liefern.
Aufbereitung und Probenahme nach GOST
Die Röntgenfluoreszenzanalyse von Metallen vor der Analyse beinh altet eine spezielle Probenvorbereitung für die weitere Forschung.
Die Zubereitung erfolgt in der entsprechenden Reihenfolge:
- Die zu bestrahlende Fläche wird geschärft. Bei Bedarf mit Alkohol abwischen.
- Die Probe wird fest gegen die Öffnung des Empfängers gedrückt. Reicht die Probenfläche nicht aus, kommen spezielle Begrenzer zum Einsatz.
- Das Spektrometer ist entsprechend der Gebrauchsanweisung für den Betrieb vorbereitet.
- Das Röntgenspektrometer wird mit einer Standardprobe kalibriert, die GOST 8.315 entspricht. Zur Kalibrierung können auch homogene Proben verwendet werden.
- Die Grundschulreife wird mindestens fünfmal durchgeführt. Dies geschieht in diesem Fall während des Betriebs des Spektrometers an verschiedenen Tagen.
- Bei Wiederholungskalibrierungen können zwei Kalibrierreihen verwendet werden.
Ergebnisanalyse und -verarbeitung
Die Methode der Röntgenfluoreszenzanalyse nach GOST beinh altet die Durchführung von zwei Reihen paralleler Messungen, um ein analytisches Signal von jedem Element unter Kontrolle zu erh alten.
Es ist erlaubt, den Ausdruck des Wertes des Analyseergebnisses und der Diskrepanz von Parallelmessungen zu verwenden. In Maßeinheiten drücken die Skalen die mit den Kalibrierkennlinien ermittelten Daten aus.
Wenn die zulässige Abweichung Parallelmessungen überschreitet, muss die Analyse wiederholt werden.
Eine Messung ist auch möglich. In diesem Fall werden an einer Probe der analysierten Charge zwei Messungen parallel durchgeführt.
Das Endergebnis ist das arithmetische Mittel zweier parallel durchgeführter Messungen oder das Ergebnis einer einzigen Messung.
Abhängigkeit der Ergebnisse von der Probenqualität
Bei der Röntgenfluoreszenzanalyse gilt der Grenzwert nur für die Substanz, in der das Element nachgewiesen wird. Für verschiedene Substanzen sind die Grenzen des quantitativen Nachweises von Elementen unterschiedlich.
Die Ordnungszahl, die ein Element hat, kann eine große Rolle spielen. Unter ansonsten gleichen Bedingungen ist es schwieriger, leichte Elemente zu bestimmen, und schwere Elemente sind einfacher. Außerdem ist dasselbe Element in einer leichten Matrix leichter zu identifizieren als in einer schweren.
Dementsprechend hängt die Methode nur insoweit von der Qualität der Probe ab, als das Element in ihrer Zusammensetzung enth alten sein kann.
