Parimad röntgenikiirguse fluorestsentsi jäädvustamise tehnikad

Röntgenikiirguse fluorestsentsi mõistmine

XRF on mittepurustav analüütiline tehnika, mis kasutab iseloomulike “sekundaarsete” (või fluorestseeruvate) röntgenikiirguste emissiooni materjalist, mis on ergastatud, pommitades seda suure energiaga röntgen- või gammakiirgusega. Nähtus ilmneb siis, kui aatomist väljutatakse sisemise kesta elektron ja väliskihi elektron täidab vaba koha, vabastades energiat röntgeni footoni kujul. Sellel kiiratud röntgenikiirgusel on selle elemendi energiaomadused, millest see pärit on, võimaldades nii kvalitatiivset kui ka kvantitatiivset analüüsi.

Emiteeritud röntgenikiirte intensiivsus on otseselt võrdeline elemendi kontsentratsiooniga proovis. Seetõttu saab kiirgavate röntgenikiirte energiaid ja intensiivsust mõõtes tuvastada ja kvantifitseerida materjalis esinevaid elemente. Täpse ja täpse tulemuse tagamiseks on oluline tehnika valik.

XRF-i kasutatakse paljudes teadusharudes, sealhulgas geoloogias, keskkonnateaduses, materjaliteaduses ja kunsti säilitamises. Selle mitmekülgsus ja mittepurustav olemus muudavad selle hindamatuks elemendianalüüsi tööriistaks.

Näidiste ettevalmistamise tehnikad

Proovi õige ettevalmistamine on täpse XRF-analüüsi jaoks ülimalt oluline. Eesmärk on esitada röntgenkiirele homogeenne ja esinduslik proov.

Tahked proovid

Tahkete proovide jaoks võib kasutada mitmeid valmistamismeetodeid:

• Poleerimine: Hajumisefektide minimeerimiseks ja järjepideva röntgenikiirguse koostoime tagamiseks on oluline saavutada sile ja tasane pind.
• Lõikamine ja paigaldamine: proovid võib olla vaja lõigata sobivasse mõõtu ja paigaldada proovihoidikusse.
• Fusioon: see hõlmab proovi segamist räbustiga (nt liitiumboraat) ja selle kuumutamist, et moodustada homogeenne klaashelmes. See meetod minimeerib maatriksiefekte ja on eriti kasulik geoloogiliste proovide puhul.

Vedelad proovid

Vedelproovid nõuavad erinevaid ettevalmistusmeetodeid:

• Otsene analüüs: mõnda vedelikku saab analüüsida otse spetsiaalsetes vedelikuproovide hoidikutes.
• Sadestamine: Huvipakkuvaid elemente saab lahusest sadestada ja seejärel analüüsida tahke ainena.
• Aurustumine: Vedeliku saab aurustada filterpaberile või muule substraadile, jättes analüüsiks tahke jäägi.

Pulbri proovid

Pulbriproove analüüsitakse sageli järgmiselt:

• Pressitud graanulid: pulber pressitakse graanuliks hüdraulilise pressi abil, sageli sideainega, et parandada mehaanilist tugevust.
• Lahtine pulber: pulbrit saab analüüsida otse proovitopsis, kuigi see meetod võib osakeste suuruse mõju tõttu olla vähem täpne.

Proovi ettevalmistamisel tuleb arvesse võtta osakeste suurust, homogeensust ja maatriksiefektide olemasolu. Maatriksiefektid viitavad ümbritsevate elementide mõjule huvipakkuva elemendi röntgenfluorestsentssignaalile.

Detektoritehnoloogiad

Detektori valik mõjutab oluliselt XRF-instrumendi jõudlust. Tavaliselt kasutatakse kahte peamist tüüpi detektoreid: energiat hajutav (EDXRF) ja lainepikkust hajutav (WDXRF).

Energiat hajutav XRF (EDXRF)

EDXRF-detektorid mõõdavad iga üksiku röntgenfootoni energiat. Tavaliselt on need pooljuhtdetektorid, näiteks:

• Räni triividetektorid (SDD): SDD-d pakuvad kõrget loenduskiirust ja head energiaeraldusvõimet.
• Räniliitiumi (Si(Li)) detektorid: need detektorid tagavad suurepärase energiaeraldusvõime, kuid vajavad krüogeenset jahutamist.

EDXRF on tuntud oma kiiruse ja võime poolest analüüsida mitut elementi samaaegselt. See sobib hästi proovide sõelumiseks ja rakendusteks, kus on vaja suurt läbilaskevõimet.

Lainepikkust hajutav XRF (WDXRF)

WDXRF-detektorid eraldavad röntgenikiirgust nende lainepikkuse alusel, kasutades kristalle. See tagab EDXRF-ga võrreldes parema spektrieraldusvõime.

• Kristallide analüüsimine: Erineva lainepikkusega röntgenikiirguse difraktsiooniks kasutatakse erinevaid kristalle, mis võimaldavad röntgenikiirguse spektrit täpselt mõõta.
• Proportsionaalsed loendurid: need detektorid mõõdavad difraktsiooniga röntgenikiirte intensiivsust.

WDXRF on eelistatud rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt täpsust ja mikroelementide analüüsi. Täiustatud spektraalne eraldusvõime minimeerib piikide kattumist ja vähendab maatriksiefekte.

Sobiva detektori valik sõltub konkreetsetest analüüsinõuetest, sealhulgas huvipakkuvatest elementidest, soovitud täpsusest ja saadaolevatest proovide ettevalmistamise meetoditest.

Röntgenikiirguse allika parameetrite optimeerimine

Röntgenikiirguse allikas on XRF-süsteemi oluline komponent. Selle parameetrite optimeerimine võib oluliselt parandada andmete kvaliteeti.

Toru pinge ja vool

Toru pinge määrab allika poolt kiiratava röntgenikiirguse energia. Kõrgemad pinged erutavad raskemaid elemente, madalamad pinged on aga tõhusamad kergemate elementide puhul. Toru vool mõjutab röntgenkiire intensiivsust.

• Pinge valik: valige pinge analüüsitavate elementide põhjal.
• Voolu reguleerimine: tundlikkuse parandamiseks suurendage voolu, kuid pidage meeles võimalikke proovikahjustusi või detektori küllastumist.

Filtrid

Filtreid kasutatakse teatud röntgenienergiate valikuliseks nõrgendamiseks, vähendades taustmüra ja parandades signaali-müra suhet. Erinevate elementide jaoks on saadaval erinevad filtrid.

• Materjali valik: valige filtrimaterjalid nende neeldumisservade alusel.
• Paksuse optimeerimine: reguleerige filtri paksust, et optimeerida sihtelementide signaali.

Sihtmaterjal

Röntgentoru sihtmaterjal mõjutab emiteeritud röntgenikiirte spektrit. Levinud sihtmaterjalid on roodium (Rh), volfram (W) ja molübdeen (Mo). Roodium on mitmekülgne valik paljude elementide jaoks.

Andmete hankimine ja töötlemine

XRF-andmete hankimine ja töötlemine hõlmab mitut etappi, sealhulgas spektri kogumist, taustakorrektsiooni, piikide tuvastamist ja kvantifitseerimist.

Spektri omandamine

Röntgenikiirguse spekter saadakse röntgenikiirguse intensiivsuse mõõtmisel energia (EDXRF) või lainepikkuse (WDXRF) funktsioonina. Piisava loendusstatistika saavutamiseks tuleks hankimisaega optimeerida.

Taustaparandus

Taustkiirgus võib analüüsi segada. Nende mõjude eemaldamiseks või minimeerimiseks kasutatakse tausta korrigeerimise meetodeid.

• Matemaatilised mudelid: tausta hindamiseks ja lahutamiseks saab kasutada polünoomi sobitamist või muid matemaatilisi mudeleid.
• Comptoni hajumine: Comptoni hajumise korrigeerimine on täpse kvantifitseerimise jaoks ülioluline.

Piigi tuvastamine ja kvantifitseerimine

Kui taust on korrigeeritud, tuvastatakse huvipakkuvatele elementidele vastavad piigid. Iga piigi alune pindala on võrdeline elemendi kontsentratsiooniga.

• Kalibreerimiskõverad: Kalibreerimiskõverad genereeritakse teadaoleva koostisega standardeid kasutades.
• Maatriksi korrigeerimine: maatriksiefektide korrigeerimiseks kasutatakse algoritme, mis parandavad kvantifitseerimise täpsust.

Paljude nende sammude automatiseerimiseks ja põhjalike analüüsitulemuste saamiseks on saadaval täiustatud andmetöötlustarkvara.

Kalibreerimine ja standardimine

Täpne XRF-analüüs põhineb õigel kalibreerimisel ja standardimisel. See hõlmab sertifitseeritud etalonmaterjalide (CRM) kasutamist, et luua seos mõõdetud röntgenikiirguse intensiivsuse ja huvipakkuvate elementide kontsentratsioonide vahel.

Sertifitseeritud võrdlusmaterjalid (CRM)

CRM-id on tuntud elementide koostisega materjalid, mis on tunnustatud organisatsioonide poolt sertifitseeritud. Neid kasutatakse kalibreerimiskõverate loomiseks ja XRF-mõõtmiste täpsuse kinnitamiseks.

Kalibreerimiskõvera loomine

Kalibreerimiskõver on graafik mõõdetud röntgenikiirguse intensiivsusest ja elemendi teadaolevast kontsentratsioonist CRM-is. Usaldusväärse kalibreerimiskõvera loomiseks kasutatakse mitut erineva kontsentratsiooniga CRM-i.

Standardimisprotseduurid

Standardimine hõlmab CRM-i perioodilist käitamist, et kontrollida instrumendi stabiilsust ja kalibreerimise täpsust. See tagab, et XRF-mõõtmised jäävad aja jooksul usaldusväärseks.

Täiustatud tehnikad ja rakendused

Lisaks põhitehnikatele on spetsiaalsete rakenduste jaoks saadaval ka mitmed täiustatud XRF-meetodid.

Mikro-XRF

Micro-XRF kasutab proovi väikeste alade analüüsimiseks fokuseeritud röntgenkiirt, pakkudes ruumilist eraldusvõimet kuni mikromeetri skaalani. See on kasulik heterogeensete materjalide elementide jaotuste kaardistamiseks.

Total Reflection XRF (TXRF)

TXRF on pinnatundlik tehnika, mis kasutab pindade mikroelementide analüüsimiseks karjatamise esinemissagedusega röntgenkiirt. Seda kasutatakse tavaliselt keskkonnaseires ja pooljuhtide analüüsis.

Synchrotron XRF

Synchrotron XRF kasutab kõrge intensiivsusega röntgenikiirgust sünkrotronkiirguse allikast, tagades parema tundlikkuse ja ruumilise eraldusvõime. Seda tehnikat kasutatakse täiustatud materjalide iseloomustamiseks ja biomeditsiinilisteks uuringuteks.