روش های آماده سازی نمونه جهت آنالیز XRF

مقدمه آماده سازی نمونه جهت آنالیز XRF

برای اندازه گیری مقدار عنصر یا عناصر موجود در یک نمونه به دو روش عمل می کنند:

• روش تجزیه شیمیایی (تیتراسیون)
• روش طیف سنجی فلورسانس پرتو

آنالیز XRF یا X-RAY Fluorescence Spectrometer  یکی از روش‌های آنالیز می باشد که میزان عناصر سنگین تر از سدیم تا اورانیوم را از ۰۰۱_/۰ تا ۹۹_/۹۹ درصد در یک نمونه بررسی می کند. از این دستگاه برای آنالیز لایه های سطحی مواد و آنالیز عنصری مواد مختلف نظیر سنگ ها، کانی ها، سرامیک ها، آلیاژهای فلزی، سیمان و … استفاده می شود.

شکل 1: کاربرد آنالیز XRF برای آنالیز لایه های سطحی مواد و آنالیز عنصری مواد مختلف

از مزایای آنالیز XRF نسبت به روش های تجزیه شیمیایی می توان به سرعت بالا در تعیین مقدار عناصر موجود در نمونه، هزینه پایین عملیات به علت مصرف نشدن مواد شیمیایی و دقت بالاتر این روش نام برد.

نحوه آماده سازی نمونه در آزمون XRF تاثیر بسزایی روی کیفیت نتایج دارد. روش آماده سـازی خـوب باعـث می شـود تـا تاثیـر تداخـل بافتـی و تداخـل طیفـی کمتر شـده و در نتیجه، دقـت و صحت نتایج افزایـش یابـد لـذا یکی از مراحل مهم جهت دسـتیابی بـه نتایـج دقیـق، انتخاب روش مناسـب بـرای آماده سـازی نمونه اسـت. روش هـای بسیاری بـرای تهیـه نمونـه آنالیـز XRF وجـود دارد کـه روش انتخابـی بـه نـوع نمونـه، میـزان هزینه مـورد نظر و کیفیـت نتایـج مـورد نیـاز وابسـته اسـت. نکته بسیار مهم یکسـان بـودن روش آماده سـازی نمونـه مجهـول و نمونـه اسـتاندارد می باشد. در ادامه روش های مختلف آماده سازی نمونه تشریح می گردد.

روش های آماده سازی نمونه بر حسب نوع نمونه در آزمون XRF

• نمونه های جامد(بالک): معمولا نمونه هایی که برای آنالیز XRF مورد استفاده قرار می گیرند، جامد هستند زیرا پرتوهای تابیده شده به نمونه جامد بهتر انعکاس می یابند. مهمترین نکته در آنالیز XRF نمونه های جامد، صاف و صیقلی بودن سطح نمونه است زیرا اگر سطح نمونه صاف نباشد، در هنگام تابش پرتو ایکس به نمونه، فاصله قسمت های مختلف سطح نمونه تا پرتو متفاوت می شود که در این صورت پدیده پراکندگی پرتو رخ می دهد و باعث ایجاد خطا در نتایج آنالیز می شود. بدیهی است که هرچقدر یکنواختی سطح کمتر باشد این پراکندگی پرتو بیشتر خواهد بود و درنتیجه خطای در نتایج آنالیز نیز بیشتر می شود.

برای بررسی نمونه‌های بالک باید این نمونه‌ها به صورت دیسک‌هایی با قطر کمتر از ۳.۵ سانتی‌متر و بزرگتر از ۱.۵ سانتی متر و با ارتفاع کمتر از ۱ سانتی‌متر بریده شوند. سطحی که قرار است از آن آنالیز گرفته شود باید کاملا صاف و تمیز باشد. توجه شود اگر ضخامت نمونه خیلی کم باشد (مانند فویل)، بر اثر خلا دستگاه به داخل آن کشیده می‌شود و هم به نمونه و هم به دستگاه آسیب می‌رسد.

• نمونه های پودری: برای آنالیز نمونه های پودری معمولا به دو روش عمل می کنیم. یا نمونه را به قرص جامد تبدیل می کنیم و در محفظه مخصوص دستگاه قرار می دهیم یا نمونه را به همان صورت پودری که در اصطلاح پودر نرم گفته می شود مورد آنالیز قرار می دهیم.

۱-۲) اگر نمونه برای آنالیز به صورت پودری باشد و بخواهیم آن را به صورت قرص جامد آنالیز کنیم باید این قرص جامد را به ابعاد مناسب و سطح صاف درآورده تا برای آنالیز آماده شوند. پودری که برای آنالیز XRF به آزمایشگاه تحویل می شود باید تا حد ممکن ریز باشد و همچنین همگن باشد، سپس این پودر را با محلولی از اسید بوریک مخلوط کرده و به اندازه کافی آسیاب می کنیم (تا حدی آسیاب میکنیم که اندازه ذرات به کمتر از ۷۵ میکرومتر برسد)، سپس به وسیله دستگاه پرس به قرص جامد در ابعاد مشخصی که بتوان آن را در دستگاه قرار داد تبدیل می کنیم. این قرص از نمونه را در نگه دارنده مخصوص قرار داده و برای آنالیز درون دستگاه قرار می دهیم. مقدار فشاری که در هنگام پرس به نمونه وارد می شود تا به قرص جامد تبدیل شود به شکل و اندازه ذرات نمونه بستگی دارد.

۲-۲-) اگر بخواهیم نمونه پودری را به همان صورت پودر آنالیز کنیم باید در نظر داشته باشیم که نمونه ای برای آنالیز مناسب است که دارای شرایط زیر باشد :

• همگن باشد،
• دارای سطح صاف باشد،
• سطح نمونه بدون فضای خالی باشد

هنگام آنالیز نمونه را در یک نگه دارنده پلاستیکی با محافظ فیلم پلاستیکی قرار می دهیم. برای اینکه آنالیز به خوبی انجام شود و تمامی عناصر موجود در نمونه به خوبی شناسایی شود باید قرص ایجاد شده از پودر ضخامت کافی داشته باشد. برای این که این ضخامت مناسب هنگام تبدیل پودر به قرص جامد ایجاد شود باید حداقل ۱۵ گرم از نمونه را در اختیار داشته باشیم. اینکه ضخامت مناسب برای نمونه چقدر باشد به توزیع ذرات نمونه و همچنین اندازه ذرات نمونه بستگی دارد.

نمونه های حاوی فاز فرار یا آلی: هرگاه نمونه مورد آنالیز به صورت مایع حاوی فاز فرار یا آلی باشد نظیر روان کننده ها، سوخت ها و روغن ها، یکی از روش های موثر و مطمئن آنالیز دستگاه XRF است.

همانگونه که ذکر شد آنالیز XRF برای تشخیص عناصر سنگین تر از سدیم و سبک تر از اورانیوم کاربرد دارد و قابلیت تشخیص عناصر سبک تر نظیر هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و کربن را ندارد. به این منظور برای دقیق تر شدن نتایج آنالیز نمونه ها را قبل از قراردادن در معرض پرتو ایکس، حرارت می دهند تا رطوبت اضافی و مواد آلی از نمونه حذف شود. برای حذف رطوبت و مواد آلی نمونه های پودری را در کوره قرار می دهیم (LOI[۱]) تا مقدار این مواد (مواد سنگین تر از سدیم و سبک تر از اورانیوم) در نمونه به دست آید، سپس باقیمانده نمونه را از کوره خارج کرده و درون دستگاه XRF قرار می دهیم تا تحت آنالیز عنصری قرار گیرد.

نکته مهمی که باید مدنظر قرار داد این است که درصد های عناصری که از آنالیز دستگاهی XRF به دست می آیند برای نمونه باقی مانده در کوره گزارش می شود و مقادیر رطوبت و مواد آلی موجود در پودر که در کوره سوزانده شده اند به صورت جداگانه گزارش می شوند.

شکل 2: نمونه آماده سازی شده برای آنالیز

نکات مهم هنگام آنالیز XRF

• قبل از آنالیز دقت شود که نمونه مطالعاتی و نمونه مورد آنالیز یکنواخت باشند.
• قبل از آنالیز XRF بهتر است نمونه را به صورت پودری و همگن مورد استفاده قرار داد.
• مقدار نمونه به اندازه کافی باشد.
• به منظور بالابردن دقت آنالیز در شرایط خلا و یا در حضور گازهای بی اثر نظیر هلیوم انجام می شود.
• در آنالیز با دستگاه XRF در نمونه های مختلف هرچقدر عناصر سنگین تری در نمونه موجود باشد دقت اندازه گیری بیشتر است.
• سطح نمونه هرچقدر هموارتر و تمیزتر باشد دقت اندازه گیری بالاتر می رود.
• هنگام فشرده کردن پودر به منظور تهیه قرص جامد باید از ریز بودن اندازه ذرات اطمینان حاصل کنیم، پس برای این منظور باید عمل آسیاب کردن باید با دقت انجام شود و مدت زمان کافی را برای آسیاب نمونه در نظر بگیریم. بعد از آسیاب نمونه برای اطمینان نمونه را از الک با مش مناسب عبور می دهیم.