XRF (analisis fluoresensi sinar-X) adalah metode analisis fisik yang secara langsung menentukan hampir semua unsur kimia dalam bahan bubuk, cair, dan padat.
Manfaat metode
Metode ini bersifat universal karena didasarkan pada preparasi sampel yang cepat dan mudah. Metode ini telah banyak digunakan dalam industri, di bidang penelitian ilmiah. Metode analisis fluoresensi sinar-X memiliki potensi yang luar biasa, berguna dalam analisis yang sangat kompleks dari berbagai objek lingkungan, serta dalam pengendalian kualitas produk manufaktur dan dalam analisis produk jadi dan bahan mentah.
Sejarah
Analisis fluoresensi sinar-X pertama kali dijelaskan pada tahun 1928 oleh dua ilmuwan - Glocker dan Schreiber. Perangkat itu sendiri dibuat hanya pada tahun 1948 oleh ilmuwan Friedman dan Burks. Sebagai pendeteksi, mereka menggunakan pencacah Geiger, yang menunjukkan sensitivitas tinggi terhadap nomor atom inti unsur.
Media helium atau vakum dalam metode penelitian mulai digunakan pada tahun 1960. Mereka digunakan untuk menentukan elemen ringan. Juga mulai menggunakan kristal fluoridalitium. Mereka digunakan untuk difraksi. Tabung rodium dan kromium digunakan untuk mengeksitasi pita gelombang.
Si(Li) - detektor drift lithium silikon ditemukan pada tahun 1970. Ini memberikan sensitivitas data yang tinggi dan tidak memerlukan penggunaan crystallizer. Namun, resolusi energi instrumen ini lebih buruk.
Bagian analitik otomatis dan kontrol proses ditransfer ke mesin dengan munculnya komputer. Kontrol dilakukan dari panel pada instrumen atau keyboard komputer. Alat analisis menjadi sangat populer sehingga disertakan dalam misi Apollo 15 dan Apollo 16.
Saat ini, stasiun luar angkasa dan kapal yang diluncurkan ke luar angkasa dilengkapi dengan perangkat ini. Ini memungkinkan Anda untuk mengidentifikasi dan menganalisis komposisi kimia batuan di planet lain.
Esensi Metode
Inti dari analisis fluoresensi sinar-X adalah melakukan analisis fisik. Dimungkinkan untuk menganalisis dengan cara ini baik padatan (kaca, logam, keramik, batu bara, batu, plastik) dan cairan (minyak, bensin, larutan, cat, anggur, dan darah). Metode ini memungkinkan Anda untuk menentukan konsentrasi yang sangat kecil, pada tingkat ppm (satu bagian per juta). Sampel besar, hingga 100%, juga dapat diteliti.
Analisis ini cepat, aman, dan tidak merusak lingkungan. Ini memiliki reproduktifitas hasil dan akurasi data yang tinggi. Metode ini memungkinkan deteksi semi-kuantitatif, kualitatif dan kuantitatif dari semua elemen yang ada dalam sampel.
Inti dari metode analisis fluoresensi sinar-Xsederhana dan dapat dimengerti. Jika Anda mengesampingkan istilah itu dan mencoba menjelaskan metodenya dengan cara yang lebih sederhana, maka ternyata. Bahwa analisis dilakukan atas dasar perbandingan radiasi yang dihasilkan dari penyinaran suatu atom.
Ada sekumpulan data standar yang sudah diketahui. Dengan membandingkan hasil dengan data ini, para ilmuwan menyimpulkan apa komposisi sampelnya.
Kesederhanaan dan aksesibilitas perangkat modern memungkinkan mereka untuk digunakan dalam penelitian bawah air, luar angkasa, berbagai penelitian di bidang budaya dan seni.
Prinsip kerja
Metode ini didasarkan pada analisis spektrum, yang diperoleh dengan memaparkan bahan yang akan diperiksa dengan sinar-X.
Selama penyinaran, atom memperoleh keadaan tereksitasi, yang disertai dengan transisi elektron ke tingkat kuantum dengan orde yang lebih tinggi. Atom tetap dalam keadaan ini untuk waktu yang sangat singkat, sekitar 1 mikrodetik, dan setelah itu kembali ke keadaan dasarnya (posisi diam). Pada saat ini, elektron yang terletak di kulit terluar mengisi tempat kosong, dan melepaskan kelebihan energi dalam bentuk foton, atau mentransfer energi ke elektron lain yang terletak di kulit terluar (mereka disebut elektron Auger). Pada saat ini, setiap atom memancarkan fotoelektron, yang energinya memiliki nilai yang ketat. Misalnya, besi, ketika terkena sinar-X, memancarkan foton sama dengan Kα, atau 6,4 keV. Dengan demikian, dengan jumlah kuanta dan energi, seseorang dapat menilai struktur materi.
Sumber radiasi
Metode fluoresensi sinar-X dari analisis logam menggunakan isotop berbagai elemen dan tabung sinar-X sebagai sumber penyembuhan. Setiap negara memiliki persyaratan yang berbeda untuk ekspor dan impor emitting isotop, masing-masing, dalam industri untuk produksi peralatan tersebut, mereka lebih suka menggunakan tabung sinar-X.
Tabung tersebut dilengkapi dengan tembaga, perak, rhodium, molibdenum atau anoda lainnya. Dalam beberapa situasi, anoda dipilih tergantung pada tugasnya.
Arus dan tegangan berbeda untuk elemen yang berbeda. Cukup untuk menyelidiki elemen ringan dengan tegangan 10 kV, berat - 40-50 kV, sedang - 20-30 kV.
Selama mempelajari elemen cahaya, atmosfer di sekitarnya memiliki dampak besar pada spektrum. Untuk mengurangi efek ini, sampel di ruang khusus ditempatkan dalam ruang hampa atau ruang diisi dengan helium. Spektrum tereksitasi direkam oleh perangkat khusus - detektor. Keakuratan pemisahan foton dari elemen yang berbeda satu sama lain tergantung pada seberapa tinggi resolusi spektral detektor. Sekarang yang paling akurat adalah resolusi pada level 123 eV. Analisis fluoresensi sinar-X dilakukan oleh perangkat dengan rentang seperti itu dengan akurasi hingga 100%.
Setelah fotoelektron diubah menjadi pulsa tegangan, yang dihitung dengan elektronik pencacah khusus, ia ditransmisikan ke komputer. Dari puncak spektrum, yang memberikan analisis fluoresensi sinar-X, mudah untuk menentukan secara kualitatif manaada unsur-unsur dalam sampel yang diteliti. Untuk menentukan kandungan kuantitatif secara akurat, perlu mempelajari spektrum yang dihasilkan dalam program kalibrasi khusus. Program sudah dibuat sebelumnya. Untuk ini, prototipe digunakan, yang komposisinya diketahui sebelumnya dengan akurasi tinggi.
Sederhananya, spektrum yang diperoleh dari zat yang dipelajari hanya dibandingkan dengan yang diketahui. Dengan demikian, diperoleh informasi tentang komposisi zat.
Peluang
Metode analisis fluoresensi sinar-X memungkinkan Anda menganalisis:
- sampel yang ukuran atau massanya dapat diabaikan (100-0,5 mg);
- pengurangan batas yang signifikan (lebih rendah 1-2 kali lipat dari XRF);
- analisis dengan mempertimbangkan variasi energi kuantum.
Ketebalan sampel yang akan diperiksa tidak boleh melebihi 1 mm.
Dalam hal ukuran sampel seperti itu, dimungkinkan untuk menekan proses sekunder dalam sampel, di antaranya:
- beberapa hamburan Compton, yang secara signifikan memperluas puncak dalam matriks cahaya;
- bremsstrahlung fotoelektron (berkontribusi pada dataran tinggi latar belakang);
- eksitasi antar-elemen serta penyerapan fluoresensi yang memerlukan koreksi antar-elemen selama pemrosesan spektrum.
Kekurangan metode
Salah satu kelemahan signifikan adalah kerumitan yang menyertai preparasi sampel tipis, serta persyaratan yang ketat untuk struktur material. Untuk penelitian, sampel harus terdispersi sangat halus dan sangat seragam.
Kelemahan lainnya adalah metode ini sangat terikat dengan standar (sampel referensi). Fitur ini melekat pada semua metode non-destruktif.
Penerapan metode
Analisis fluoresensi sinar-X telah tersebar luas di banyak area. Tidak hanya digunakan dalam ilmu pengetahuan atau industri, tetapi juga dalam bidang budaya dan seni.
Digunakan di:
- perlindungan lingkungan dan ekologi untuk penentuan logam berat dalam tanah, serta untuk pendeteksiannya dalam air, curah hujan, berbagai aerosol;
- mineralogi dan geologi melakukan analisis kuantitatif dan kualitatif mineral, tanah, batuan;
- industri kimia dan metalurgi - mengontrol kualitas bahan baku, produk jadi dan proses produksi;
- industri cat - analisis cat timbal;
- industri perhiasan - mengukur konsentrasi logam mulia;
- industri minyak - menentukan tingkat kontaminasi minyak dan bahan bakar;
- industri makanan - mengidentifikasi logam beracun dalam makanan dan bahan makanan;
- agriculture - menganalisis elemen jejak di berbagai tanah, serta dalam produk pertanian;
- arkeologi - melakukan analisis unsur, serta penanggalan temuan;
- seni - mereka mempelajari patung, lukisan, memeriksa objek dan menganalisisnya.
Pemukiman hantu
Analisis fluoresensi sinar-X GOST 28033 - 89 telah diatur sejak 1989. Dokumensemua pertanyaan tentang prosedur terdaftar. Meskipun banyak langkah telah diambil selama bertahun-tahun untuk meningkatkan metode ini, dokumen tersebut masih relevan.
Menurut GOST, proporsi bahan yang dipelajari ditetapkan. Data ditampilkan dalam sebuah tabel.
Tabel 1. Rasio fraksi massa
| Elemen yang ditentukan | Fraksi massa, % |
| Belerang | Dari 0,002 hingga 0,20 |
| Silikon | "0,05 " 5.0 |
| Molibdenum | "0,05 " 10.0 |
| Titanium | "0, 01 " 5, 0 |
| Cob alt | "0,05 " 20.0 |
| Chrome | "0.05 " 35.0 |
| Niobium | "0, 01 " 2, 0 |
| Mangan | "0,05 " 20.0 |
| Vanadium | "0, 01 " 5, 0 |
| Tungsten | "0,05 " 20.0 |
| Fosfor | "0.002 " 0.20 |
Peralatan yang diterapkan
Analisis spektral fluoresensi sinar-X dilakukan dengan menggunakanperalatan khusus, metode dan sarana. Di antara peralatan dan bahan yang digunakan dalam GOST terdaftar:
- multichannel dan spektrometer pemindaian;
- mesin gerinda dan ampelas (gerinda dan gerinda, ketik 3B634);
- penggiling permukaan (Model 3E711B);
- bubut potong sekrup (model 16P16).
- roda potong (GOST 21963);
- roda abrasif electrocorundum (ikatan keramik, ukuran butir 50, kekerasan St2, GOST 2424);
- amplas kertas (paper base, tipe 2, merk BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), electrocorundum - normal, grain size 50-12, GOST 6456);
- etil alkohol teknis (diperbaiki, GOST 18300);
- campuran argon-metana.
GOST mengakui bahwa bahan dan peralatan lain dapat digunakan untuk memberikan analisis yang akurat.
Persiapan dan pengambilan sampel menurut GOST
Analisis fluoresensi sinar-X logam sebelum analisis melibatkan persiapan sampel khusus untuk penelitian lebih lanjut.
Persiapan dilakukan dalam urutan yang sesuai:
- Permukaan yang akan disinari diasah. Jika perlu, bersihkan dengan alkohol.
- Sampel ditekan dengan kuat ke lubang penerima. Jika permukaan sampel tidak cukup, maka digunakan pembatas khusus.
- Spektrometer disiapkan untuk operasi sesuai dengan petunjuk penggunaan.
- Spektrometer sinar-X dikalibrasi menggunakan sampel standar yang mematuhi GOST 8.315. Sampel homogen juga dapat digunakan untuk kalibrasi.
- Wisuda SD dilakukan minimal lima kali. Dalam hal ini, hal ini dilakukan selama pengoperasian spektrometer pada hari yang berbeda.
- Saat melakukan kalibrasi berulang, dimungkinkan untuk menggunakan dua seri kalibrasi.
Hasil analisis dan pemrosesan
Metode analisis fluoresensi sinar-X menurut GOST melibatkan kinerja dua seri pengukuran paralel untuk mendapatkan sinyal analitis dari setiap elemen yang dikendalikan.
Diijinkan untuk menggunakan ekspresi nilai hasil analisis dan perbedaan pengukuran paralel. Dalam satuan pengukuran, timbangan menyatakan data yang diperoleh dengan menggunakan karakteristik kalibrasi.
Jika perbedaan yang diijinkan melebihi pengukuran paralel, maka analisis harus diulang.
Satu pengukuran juga dimungkinkan. Dalam hal ini, dua pengukuran dilakukan secara paralel terhadap satu sampel dari lot yang dianalisis.
Hasil akhir adalah rata-rata aritmatika dari dua pengukuran yang dilakukan secara paralel, atau hasil dari satu pengukuran saja.
Ketergantungan hasil pada kualitas sampel
Untuk analisis fluoresensi sinar-X, batas hanya berlaku untuk zat di mana elemen tersebut terdeteksi. Untuk zat yang berbeda, batas deteksi kuantitatif unsur berbeda.
Nomor atom yang dimiliki suatu unsur dapat memainkan peran besar. Hal-hal lain dianggap sama, lebih sulit untuk menentukan elemen ringan, dan elemen berat lebih mudah. Selain itu, elemen yang sama lebih mudah diidentifikasi dalam matriks ringan daripada matriks berat.
Dengan demikian, metode ini bergantung pada kualitas sampel hanya sejauh elemen dapat terkandung dalam komposisinya.
