Huỳnh quang tia X (XRF) là một kỹ thuật phân tích nguyên tố được sử dụng rộng rãi trong khoa học và công nghiệp. Tia XRF hoạt động dựa trên nguyên tắc khi một nguyên tử trong mẫu bị kích thích bởi nguồn năng lượng bên ngoài, nó sẽ phát ra các photon tia X có năng lượng hoặc bước sóng đặc trưng. Bằng cách đếm số lượng photon của mỗi năng lượng phát ra từ mẫu, chúng ta có thể xác định và định lượng các nguyên tố có trong vật liệu.
Lịch sử của huỳnh quang tia X (XRF)
Kỹ thuật huỳnh quang tia X được khởi xướng bởi Henry Moseley. Dựa trên phát hiện của Roentgen về bức xạ năng lượng cao gọi là tia X, Moseley đã phát hiện mối quan hệ toán học giữa các nguyên tố và bước sóng của tia X mà chúng phát ra. Koster và Nishina đã sử dụng tia X thay vì điện tử để kích thích các mẫu, và Glocker và Schreiber đã sử dụng XRF để phân tích định lượng vật liệu. Máy quang phổ tia X đầu tiên được sản xuất thương mại vào năm 1950.
Hiện nay, các thiết bị XRF hiện đại có khả năng phân tích các mẫu rắn, lỏng và màng ở cấp độ ppm. Phân tích nhanh và chuẩn bị mẫu dễ dàng hoặc tùy chọn.
Nguyên tắc cơ bản của quang phổ tia X
Phương pháp xác định các nguyên tố bằng phương pháp tia X dựa trên bức xạ đặc trưng do lớp electron bên trong của nguyên tử phát ra trong những điều kiện nhất định. Các photon tia X có năng lượng riêng cho phép xác định các nguyên tử tạo nên chúng. Khi một chùm electron năng lượng cao đập vào một vật liệu, sự tương tác sẽ dẫn đến sự phát ra các photon có phổ năng lượng rộng gọi là bức xạ hãm. Một kết quả khác của sự tương tác này là sự phóng ra các quang điện tử từ lớp vỏ bên trong của các nguyên tử. Các electron này rời đi với động năng là hiệu năng lượng giữa năng lượng của hạt tới và năng lượng liên kết của electron nguyên tử. Các nguyên tử sau đó phát huỳnh quang, phát ra các photon tia X có năng lượng tương ứng với sự chuyển đổi điện tử. Việc phát hiện và đo năng lượng của các photon này cho phép chúng ta xác định các nguyên tố và sự chuyển đổi điện tử trong mẫu. Đây là cơ sở của quang phổ XRF, trong đó các nguyên tố có thể được xác định dựa trên cường độ phát xạ tia X đặc trưng của các mẫu bị kích thích.
Chuẩn bị mẫu để thử nghiệm XRF
Quy trình chuẩn bị mẫu phụ thuộc vào mục đích phân tích. Hầu hết các vật liệu không yêu cầu bất kỳ sự chuẩn bị mẫu nào. Tuy nhiên, việc lựa chọn phương pháp chuẩn bị mẫu phụ thuộc vào các đặc tính của chùm tia X so với mẫu. Ví dụ, vật liệu có độ dày 1 cm và bề mặt phẳng, sạch sẽ sẽ cho kết quả lý tưởng. Đối với các mẫu nhỏ hơn, mỏng hơn hoặc không đồng nhất hơn, cần phải hiểu các đặc tính của chùm tia X và cách nó tương tác với mẫu.
Kích thước chùm tia của thiết bị XRF truyền thống chỉ khoảng 2 x 2 mm. Kích thước chùm tia nhỏ này phù hợp với các vật liệu đồng nhất, nhưng đối với các vật liệu không đồng nhất như tinh thể đá, có thể cần phải phân tích nhiều lần tại nhiều vị trí để thu được giá trị trung bình đại diện. Độ sâu của phép phân tích cũng quan trọng. Phổ năng lượng cao xuyên sâu vào mẫu nhiều hơn. Vì vậy, phân tích sắt chủ yếu là phân tích bề mặt, trong khi phép đo zirconium đi từ độ sâu đến gần một cm. Trong các mẫu dày hơn, độ sâu phân tích ít tạo ra sự khác biệt, nhưng đối với các mẫu mỏng hơn, nó ảnh hưởng đến kết quả phân tích.
Khả năng phân tích mẫu mà không cần các quy trình chuẩn bị mẫu phá hoại rất quan trọng đối với các ứng dụng khảo cổ học. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng XRF nói chung, phương pháp chuẩn bị mẫu phổ biến nhất là nghiền hoặc nghiền thành bột đồng nhất. Kích thước và tính đồng nhất của hạt đóng một vai trò quan trọng. Các hạt nhỏ phải đại diện cho một số lượng lớn mẫu và sai số định lượng có thể lớn nếu kích thước hạt vượt quá 50 µm. Các hạt cũng có thể không đồng nhất với thành phần bề mặt khác nhau. Do đó, việc theo dõi tỷ lệ cu kα trên cu lα cho phép chúng ta suy ra các tính chất hóa học của mẫu hoặc hiệu chỉnh kết quả xét nghiệm.
Một số câu hỏi thường gặp về XRF
Bạn có thể làm gì với XRF?
Bạn có thể sử dụng máy phân tích XRF ở hầu hết mọi nơi và nhận kết quả ngay lập tức. Các ứng dụng phổ biến bao gồm phân loại kim loại phế liệu, thăm dò địa chất, xác định hợp kim, kiểm soát chất lượng, thử nghiệm vật liệu công nghiệp, và thử nghiệm hàm lượng chì trong sơn hoặc các chất độc hại khác.
XRF có thể phát hiện những nguyên tố nào?
XRF có thể phát hiện các nguyên tố từ magie đến các nguyên tố nặng trong bảng tuần hoàn. Tuy nhiên, XRF chỉ cho biết có bao nhiêu nguyên tố mà không cung cấp thông tin về cấu trúc hóa học của các vật liệu đó.
Tại sao mọi người sử dụng điện thoại di động XRF?
Phân tích tại chỗ hỗ trợ thông tin theo thời gian thực và ra quyết định ngay lập tức, không cần phải mang mẫu trở lại phòng thí nghiệm.
XRF có nguy hiểm không?
Không, XRF cầm tay không nguy hiểm khi được sử dụng theo chỉ dẫn. Tia X mà XRF tạo ra là bức xạ ion hóa, vì vậy bạn phải luôn áp dụng nguyên tắc liều tối thiểu (ALARA). Quy tắc cơ bản áp dụng cho bất kỳ thiết bị nào có hình dạng giống súng – không được chĩa vào bất kỳ ai và bóp cò. Công suất XRF cầm tay thấp hơn nhiều so với chụp ảnh X-quang, vì vậy người dùng XRF nhận được liều lượng gần với nền bức xạ tự nhiên.
XRF có phức tạp không?
Không phức tạp cho người dùng. Khi sử dụng thiết bị và hiệu chuẩn đúng cho mẫu của bạn, chỉ cần nhắm và bắn và kết quả sẽ được hiển thị rõ ràng và đầy đủ trên màn hình. Giao diện trên thiết bị XRF được thiết kế giống như một chiếc điện thoại thông minh nên tạo cảm giác quen thuộc cho người dùng.
Tại sao có nhiều cấu hình thiết bị XRF khác nhau?
Chúng tôi cung cấp nhiều cấu hình thiết bị XRF khác nhau để phù hợp với các ứng dụng và mức hiệu suất khác nhau. Mỗi loại thiết bị có thông số hiệu chuẩn cho các loại mẫu và vật liệu khác nhau. Chuyên gia về độ nhớt có thể giúp bạn chọn thiết bị phù hợp với nhu cầu của bạn. Nếu bạn là người hâm mộ của XRF, chúng tôi thậm chí có thể giúp bạn hiệu chỉnh thiết bị của riêng bạn.
Kiểm tra XRF mất bao lâu?
Thời gian thử nghiệm thường dao động từ một hoặc hai giây cho nhiều hợp kim đến một hoặc hai phút cho các mẫu địa chất. Thời gian thử nghiệm phụ thuộc vào nồng độ và độ chi tiết cần thiết của kết quả phân tích.
Tôi có thể kiểm tra XRF ở đâu?
Visco có dịch vụ giúp khách hàng xem nhanh XRF. Vui lòng liên hệ với chúng tôi để sắp xếp một bài kiểm tra tại Hà Nội hoặc Thành phố Hồ Chí Minh.
Hãy ghé thăm iedv để biết thêm thông tin về các dịch vụ và sản phẩm của chúng tôi.