آنالیز XRF

آنالیز XRF : آنالیز طیف سنج فلورسانس اشعه ایکس XRF

طیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس (XRF) یا X-RAY FLUORESCENCE SPECTROMETER  یا آنالیز XRF یکی از روش‌های آنالیز عنصری است که بر مبنای جذب و نشر فلورسانس اشعه ایکس کار میکند. این روش قابلیت بررسی عناصر سنگین‌تر از سدیم تا اورانیم را دارد و می‌تواند عناصر را تا غلظ‌تهای ppm اندازه‌گیری کند. روش XRF آنالیزی سریع برای بررسی عناصر است و معمولا قبل از انجام آزمون XRD برای نمونه‌های مجهول از این روش برای تعیین عناصر نمونه استفاده می‌شود. روش آنالیز XRF روش آنالیز سطحی است و می‌تواند تا عمق ۲۰ میکرومتری سطح را آنالیز کند.

توانایی‌های روش آنالیز XRF

• بررسی­ سنگ­های معدنی
• بررسی سنگ­های آذرین
• بررسی محصولات معدنی
• بررسی محصولات معدنی
• بررسی عنصری شیشه­‌ها و سرامیک‌­ها
• تعیین ناخالصی در ترکیبات شیمیایی
• تعیین ترکیب آلیاژها
• بهترین آنالیز کننده برای تعیین سریع سولفور از مقدار ppm تا درصدهای بالاتر در تمامی انواع سوخت‌ها
• عدم اندازه گیری عناصر سبک تر از فلوئور و عناصر با مقادیر کمتر از ppm

نحوه کار دستگاه آنالیز XRF

تمام دستگاه‌های آنالیز XRF نیاز به یک منبع تولید اشعه ایکس دارند. معمولا برای تولید اشعه ایکس از لامپ اشعه ایکس استفاده می­شود. در این لامپ ­ها پرتو الکترون به آندی از جنس تنگستن، مولیبدن یا کروم برخورد می‌کند. بر اثر این برخورد اشعه ایکس تولید می­ شود. این اشعه ایکس از لامپ خارج می­شود و به نمونه برخورد می­کند. بر اثر برخورد اشعه ایکس به اتم ­های موجود در نمونه الکترون­ های لایه ­های داخلی اتم به بیرون پرتاب می­شوند و در اصلاح در لایه های داخلی خلا الکترون ایجاد می­شود. الکترون­ های لایه­ های خارجی برای پر کردن لاین خلا، از لایه خود به لایه­ های پایینی که الکترون آن­ هارج شده جهش می‌کنند. بر اثر این جهش اختلاف اشعه ایکس ایجاد می‌شود. انرژی اشعه ایکس ایجاد شده برابر با اختلاف انرژی بین دو تراز انرژی است که الکترون بین آن­ها جهش کرده است. از این رو هر عنصر چند اشعه ایکس با انرژی های مختلف می­تواند تولید کند که این انرژی­‌ها برای هر عنصر منحصر به فرد است و مانند اثر انگشت برای آن عنصر است.

اشعه ایکس خارج شده از نمونه به یک کریستال برخورد می­کند. این کریستال مانند منشور پرتو­های اشعه ایکس را بر اساس انرژی آن­ها در زاویه­ های مختلف پراکنده می­کند. یک آشکار ساز نیمه هادی در زاویه‌­های مختلفی که پرتو­ها پراکنده شده­‌اند شروع به حرکت می­کند و در هر زاویه (پرتو­های اشعه ایکس بر اساس انرژی‌شان در زاویه‌های مختلف پراکنده شده می‌شوند) شدت اشعه ایکس را ثبت می‌کند. نرم افزار دستگاه بر اساس انرژی و شدت اشعه ایکس ثبت شده، نوع عنصر و میزان آن عنصر را محاسبه می‌کند.

انواع نمونه‌های آنالیز XRF

• نمونه‌های پودری

برای آنالیز کردن نمونه‌های پودری باید پودر کاملا ریز شده تحویل اپراتور دستگاه XRF داده شود. اپراتور این پودر را با پودر اسید بوریک مخلوط می‌کند و مخلوط پودرها را به وسیله دستگاه پرس به قرص تبدیل می‌کند. پودرهای قرص شده درون نگهدارنده مخصوص قرار می‌گیرند و درون دستگاه گذاشته می‌شوند. برای افزایش دقت آنالیز، هوای درون محفظه دستگاه تخلیه می‌شود آنالیز در شرایط خلا و یا تحت گاز هلیم انجام می‌گیرد.

• نمونه‌های بالک

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.

• نمونه‌های حاوی فاز فرار و یا آلی

از آنجایی که آنالیز XRF نمی‌تواند مقدار عناصر سبک مانند هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و یا کربن را اندازه گیری کند، برای اندازه گیری دقیق‌تر درصد وزنی مواد باید رطوبت و مواد آلی از نمونه حذف شود. بدین منظور قبل از انجام آزمون نمونه‌های پودری بهتر است در کوره سوزانده شوند(LOI)، تا مقدار این مواد مشخص شود. بعد از آن مواد از کوره خارج شده و بعد از آماده سازی درون دستگاه XRF قرار می‌گیرند و بقیه نمونه مورد بررسی عنصری قرار می‌گیرد. در این حالت درصد گزارش شده مواد مربوط به ماده باقی مانده در کوره است و مقدار ماده فرار به صورت جداگانه گزارش می‌شود.

نتایج تحلیل و تفسیر آنالیز XRF به صورت زیر ارائه می شود:

• در صد عناصر اصلی و به صورت اکسیدی شامل SiO2-Al2O3-Fe2O3-CaO-Na2O-MgO-K2O-TiO2-MnO-P2O5  به همراه LOI به صورت درصدی و تا سه رقم اعشار گزارش می شود. ممکن است برخی مقادیر با رنگ زرد گزارش شوند که نشان دهنده آنالیز نیمه کمی و تقریبی می باشد.
• ۱۸ عصر فرعی که مقادیر آنها در حد ppm است در جدولی دیگر گزارش می شود که شامل عناصر Cl-S-As-Ba-Ce-Co-Cr-Cu-Nb-Ni-Pb-Rb-Sr-V-Y-Zr-Zn-Mo است.

سوالات متداول آنالیز XRF

LOI چیست؟ آیا برای نمونه من محاسبه LOI ضرورت دارد؟

آنالیز XRF نمی‌تواند مقدارعناصر سبک مانند H، O،N  و یا C را اندازه گیری کند. در نتیجه برای اندازه گیری دقیق‌تر درصد وزنی مواد باید رطوبت و مواد آلی فرار از نمونه حذف شود. با حرارت دهی در کوره درصد این بخش مواد به عنوان LOI گزارش می شود. در این حالت درصد گزارش شده با XRF مربوط به ماده باقی مانده در کوره است. اگر LOI محاسبه نشود، باید درصد LOI  را متقاضی اعلام کند و دقت نتایج بر پایه صحت میزانی است که متقاضی گزارش کرده است.

نتایج آنالیز XRF به چه صورتی گزارش می شود؟

در صد عناصر اصلی به صورت اکسیدی شامل SiO_۲-Al_۲O_۳-Fe_۲O_۳-CaO-Na_۲O-MgO- K_۲O-TiO_۲-MnO-P_۲O_۵   به همراه LOI به صورت گزارش می شود. ممکن است برخی مقادیر با رنگ زرد گزارش شوند که نشان دهنده آنالیز نیمه کمی می باشد. عناصر فرعی در جدولی دیگر گزارش می شود که شامل عناصرCl-S-As- Ba-Ce-Co-Cr-Cu-Nb-Ni-Pb-Rb-Sr-V-Y-Zr-Zn-Mo  است. اینکه عناصر اصلی به صورت اکسیدی گزارش می شود نشان دهنده اکسیدی بودن حتمی آنها در نمونه نیست و نوع دقیق ترکیب نیاز به آنالیزهای مکمل مانند XRD دارد.

چه میزان نمونه برای آنالیز XRF باید ارسال شود؟

برای آنالیز XRF به همراه اندازه گیری LOI باید حداقل ۵ گرم از نمونه ارسال گردد. بدون اندازه گیری LOI باید حدود ۲ گرم پودر ارسال شود. برای بررسی نمونه‌های بالک باید این نمونه‌ها به صورت دیسک‌هایی با قطر کمتر از ۵/۳ سانتی‌متر و بزرگتر از۵/۱ سانتی متر و با ارتفاع کمتر از ۱ سانتی‌متر بریده شوند.

آنالیز XRF روش مناسبی برای تعیین فلزات گران بها در مقادیر کم است؟

خیر. به صورت کلی XRF روش دقیقی برای تعیین مقادیر بسیار کم عناصر نیست. تعیین دقیق عناصر در مقادیر کم مانند ppb یا ppm با روش هایی مانند ICP صورت می گیرد. درمورد فلزات گران بها مانند طلا بهتر است از روش های دیگر استفاده شود.