Huỳnh quang tia X (xrf) là gì?
Quang phổ huỳnh quang tia X (xrf) là một kỹ thuật phân tích nguyên tố có nhiều ứng dụng trong khoa học và công nghiệp. XRF dựa trên nguyên tắc khi một nguyên tử bị kích thích bởi một 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, các nguyên tố có trong vật liệu có thể được xác định và định lượng.
Lịch sử của huỳnh quang tia X (xrf)
Henry Moseley có thể là người khởi xướng kỹ thuật này. Dựa trên phát hiện của Roentgen về bức xạ năng lượng cao gọi là tia X, một ống tia X được chế tạo để bắn phá các mẫu bằng các electron năng lượng cao. Mosley đã phát hiện ra mối quan hệ toán học giữa các nguyên tố, bước sóng của tia X mà chúng phát ra và số hiệu nguyên tử vào năm 1912. Năm 1925, Koster và Nishina đi tiên phong trong việc sử dụng tia X thay vì điện tử để kích thích các mẫu. Sau việc sử dụng XRF tiên phong của Glocker và Schreiber để phân tích định lượng vật liệu vào năm 1928. Đến năm 1950, máy quang phổ tia X đầu tiên được sản xuất thương mại.
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
Việc xác định các nguyên tố bằng phương pháp tia X dựa vào bức xạ đặc trưng do lớp vỏ electron bên trong của nguyên tử phát ra trong những điều kiện nhất định. Các lượng tử bức xạ phát ra là các photon tia X có năng lượng riêng cho phép xác định các nguyên tử tạo nên chúng. Để hiểu hiện tượng này, trước tiên chúng ta phải hiểu tia X được tạo ra như thế nào.
Khi một chùm electron năng lượng cao đập vào một vật liệu, một trong những kết quả của sự tương tác là sự phát ra các photon có phổ năng lượng rộng. Bức xạ này, được gọi là bức xạ hãm, là kết quả của việc giảm vận tốc của các electron bên trong vật liệu. Hình 1 cho thấy tính liên tục của bức xạ hãm như một hàm của điện áp gia tốc electron khi sử dụng bia molypden.
Một hệ quả khác của sự tương tác của chùm điện tử với vật liệu là sự phóng ra các quang điện tử từ lớp vỏ bên trong của các nguyên tử cấu tạo nên vật liệu. Các quang điện tử này rời đi với động năng (e – φ), là hiệu năng lượng giữa năng lượng của hạt tới (e) và năng lượng liên kết (φ) của electron nguyên tử. Các electron bị đẩy ra để lại một lỗ trống trong cấu trúc điện tử của nguyên tử, và sau một thời gian ngắn, các electron của nguyên tử sắp xếp lại và các electron từ lớp vỏ năng lượng cao lấp đầy lỗ trống. Sau đó, các nguyên tử phát huỳnh quang, phát ra các photon tia X có năng lượng bằng hiệu giữa năng lượng của trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng. Việc phát hiện ra photon này và đo năng lượng của nó cho phép chúng tôi xác định các nguyên tố cụ thể và sự chuyển đổi điện tử cũng như nguồn gốc của chúng. Đây là cơ sở của quang phổ XRF, trong đó các nguyên tố có thể được định lượng 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 khác nhau tùy thuộc vào mục đích phân tích. Hầu hết các vật liệu không yêu cầu bất kỳ sự chuẩn bị mẫu nào. Việc lựa chọn chuẩn bị mẫu phụ thuộc vào bản chất 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. Khi 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 các vật liệu không đồng nhất như tinh thể đá có thể cần được phân tích nhiều lần tại nhiều vị trí để thu được giá trị trung bình đại diện.
Có lẽ điều quan trọng hơn diện tích chùm là độ sâu của phép phân tích. Nói chung, phổ năng lượng càng cao thì độ xuyên sâu của tia X vào mẫu càng lớn. Ví dụ, 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 đồng nhất dày hơn, độ sâu phân tích này ít tạo ra sự khác biệt, nhưng nếu mẫu mỏng hơn, nó ảnh hưởng đến phổ thu được khác nhau tùy thuộc vào độ dày mẫu cụ thể.
Khả năng phân tích các 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, bao gồm đất, khoáng chất.
Kích thước và tính đồng nhất của hạt đóng một vai trò quan trọng ở đây. Các lớp bề mặt mỏng phải đại diện cho một số lượng lớn mẫu và các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sai số định lượng đối với một số nguyên tố có thể lớn (lên đến 50%) khi kích thước hạt vượt quá 50 µm. Điều này xảy ra vì tia X xuyên qua ở các độ sâu và năng lượng khác nhau. Các hạt cũng có thể không đồng nhất với thành phần bề mặt rất khác nhau. Ví dụ, đồng sunfua có thể bị oxy hóa một phần ở bề mặt sao cho mức k có độ hấp thụ tương đối khác với mức l. l Các photon hiện tại không thâm nhập sâu và có xu hướng phát ra nhiều hơn từ lớp oxit. Theo dõi tỷ lệ cu kα trên cu lα cho phép người ta suy ra các tính chất hóa học nhất định của mẫu hoặc hiệu chỉnh lại kết quả xét nghiệm.
Một số câu hỏi thường gặp về xrf
Bạn có thể làm gì với xrf?
Bạn có thể chỉ máy phân tích xrf ở hầu hết mọi nơi và nhận kết quả. Các ứng dụng phổ biến là phân loại kim loại phế liệu trong chế tạo kim loại, thăm dò địa chất hoặc khai thác mỏ, xác định hợp kim (pmi), kiểm soát chất lượng (qc), thử nghiệm vật liệu công nghiệp, các ngành công nghiệp như xi măng hoặc than đá và thử nghiệm hàm lượng chì trong sơn hoặc các chất độc hại khác trong trong hàng tiêu dùng.
Xrf có thể phát hiện những phần tử nào?
Tia X của các nguyên tố nhẹ nhất trong bảng tuần hoàn, chẳng hạn như magie, hydro, cacbon, nitơ, oxy và natri, quá yếu để quay trở lại máy dò để phát hiện bằng xrf. Trong khi xrf chỉ cho bạn biết có bao nhiêu nguyên tố có trong vật liệu mà không có bất kỳ thông tin nào về cấu trúc hóa học của những 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. Không còn cần thiết phải mang mẫu trở lại phòng thí nghiệm.
xrf Sử dụng bức xạ có nguy hiểm không?
Không, xrf cầm tay không nguy hiểm khi được thực hiện theo chỉ dẫn. Tia X do thiết bị 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 thứ gì có hình dạng giống súng – là không được chĩa súng 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 đúng thiết bị và được hiệu chuẩn phù hợp với 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 hhxrf được thiết kế giống như một chiếc điện thoại thông minh nên tạo cảm giác quen thuộc cho người dùng.
Tại sao có các 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 có các thông số hiệu chuẩn cho các loại mẫu và vật liệu khác nhau. Một chuyên gia về độ nhớt có thể giúp bạn chọn thiết bị phù hợp với nhu cầu của mình. Nếu bạn là người hâm mộ xrf (như chúng tôi), 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 điển hình dao động từ một hoặc hai giây đối với nhiều hợp kim đến một hoặc hai phút đối với các mẫu địa chất. Một nguyên tắc nhỏ là nồng độ thấp hơn cần nhiều thời gian phân tích hơn. Nếu bạn chỉ quan tâm đến các thành phần có hàm lượng cao, quá trình kiểm tra sẽ mất vài giây. Nếu bạn quan tâm đến mức độ thấp (xuống đến phần triệu), bạn sẽ cần các bài kiểm tra lâu hơn để có kết quả chính xác.
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.