XRF (análise de fluorescência de raios X) é um método de análise física que determina diretamente quase todos os elementos químicos em materiais em pó, líquidos e sólidos.
Os benefícios do método
Este método é universal, pois se baseia na preparação rápida e fácil de amostras. O método tem sido amplamente utilizado na indústria, no campo da pesquisa científica. O método de análise de fluorescência de raios X tem um enorme potencial, útil em análises muito complexas de vários objetos ambientais, bem como no controle de qualidade de produtos manufaturados e na análise de produtos acabados e matérias-primas.
Histórico
A análise de fluorescência de raios-X foi descrita pela primeira vez em 1928 por dois cientistas - Glocker e Schreiber. O dispositivo em si foi criado apenas em 1948 pelos cientistas Friedman e Burks. Como detector, eles usaram um contador Geiger, que mostrou alta sensibilidade em relação ao número atômico do núcleo do elemento.
O hélio ou meio de vácuo no método de pesquisa começou a ser usado em 1960. Eles foram usados para determinar elementos leves. Também começou a usar cristais de flúorlítio. Eles foram usados para difração. Tubos de ródio e cromo foram usados para excitar a banda de onda.
Si(Li) - o detector de desvio de silício e lítio foi inventado em 1970. Ele forneceu alta sensibilidade de dados e não exigiu o uso de um cristalizador. No entanto, a resolução de energia deste instrumento foi pior.
Parte analítica automatizada e controle de processo transferido para a máquina com o advento dos computadores. O controle foi realizado a partir do painel do instrumento ou do teclado do computador. Os analisadores se tornaram tão populares que foram incluídos nas missões Apollo 15 e Apollo 16.
No momento, as estações espaciais e naves lançadas ao espaço estão equipadas com esses dispositivos. Isso permite identificar e analisar a composição química das rochas de outros planetas.
Essência do Método
A essência da análise de fluorescência de raios-X é realizar uma análise física. É possível analisar desta forma tanto sólidos (vidro, metal, cerâmica, carvão, rocha, plástico) como líquidos (petróleo, gasolina, soluções, tintas, vinho e sangue). O método permite determinar concentrações muito pequenas, no nível de ppm (uma parte por milhão). Amostras grandes, até 100%, também são passíveis de pesquisa.
Esta análise é rápida, segura e não destrutiva ao meio ambiente. Possui alta reprodutibilidade de resultados e precisão de dados. O método permite a detecção semiquantitativa, qualitativa e quantitativa de todos os elementos que estão na amostra.
A essência do método de análise de fluorescência de raios-Xsimples e compreensível. Se você deixar a terminologia de lado e tentar explicar o método de uma forma mais simples, então acontece. Que a análise seja feita com base na comparação da radiação que resulta da irradiação de um átomo.
Existe um conjunto de dados padrão que já é conhecido. Ao comparar os resultados com esses dados, os cientistas concluem qual é a composição da amostra.
A simplicidade e acessibilidade dos dispositivos modernos permitem que sejam utilizados em pesquisas subaquáticas, espaciais, diversos estudos no campo da cultura e das artes.
Princípio de funcionamento
Este método é baseado na análise do espectro, que é obtida pela exposição do material a ser examinado por raios-X.
Durante a irradiação, o átomo adquire um estado excitado, que é acompanhado pela transição dos elétrons para níveis quânticos de ordem superior. O átomo permanece neste estado por um tempo muito curto, cerca de 1 microssegundo, e depois disso ele retorna ao seu estado fundamental (posição quieta). Nesse momento, os elétrons localizados nas camadas externas preenchem os lugares vagos e liberam o excesso de energia na forma de fótons ou transferem energia para outros elétrons localizados nas camadas externas (são chamados de elétrons Auger). Neste momento, cada átomo emite um fotoelétron, cuja energia tem um valor estrito. Por exemplo, o ferro, quando exposto a raios X, emite fótons iguais a Kα, ou 6,4 keV. Assim, pelo número de quanta e energia, pode-se julgar a estrutura da matéria.
Fonte de radiação
O método de fluorescência de raios X de análise de metais usa isótopos de vários elementos e tubos de raios X como fonte de cura. Cada país tem exigências diferentes para exportação e importação de isótopos emissores, respectivamente, na indústria para a produção de tais equipamentos, eles preferem utilizar um tubo de raios X.
Tais tubos vêm com cobre, prata, ródio, molibdênio ou outros ânodos. Em algumas situações, o ânodo é escolhido dependendo da tarefa.
Corrente e tensão são diferentes para diferentes elementos. Basta investigar elementos leves com tensão de 10 kV, pesados - 40-50 kV, médios - 20-30 kV.
Durante o estudo dos elementos leves, a atmosfera circundante tem um enorme impacto no espectro. Para reduzir esse efeito, a amostra em uma câmara especial é colocada em vácuo ou o espaço é preenchido com hélio. O espectro excitado é registrado por um dispositivo especial - um detector. A precisão da separação de fótons de diferentes elementos uns dos outros depende de quão alta é a resolução espectral do detector. Agora o mais preciso é a resolução no nível de 123 eV. Uma análise de fluorescência de raios X é realizada por um dispositivo com tal faixa com precisão de até 100%.
Após o fotoelétron ter sido convertido em um pulso de tensão, que é contado por uma eletrônica de contagem especial, ele é transmitido ao computador. A partir dos picos do espectro, que deram análise de fluorescência de raios-X, é fácil determinar qualitativamente qualhá elementos na amostra estudada. Para determinar com precisão o conteúdo quantitativo, é necessário estudar o espectro resultante em um programa de calibração especial. O programa é pré-criado. Para isso, são utilizados protótipos, cuja composição é conhecida antecipadamente com alta precisão.
Simplificando, o espectro obtido da substância estudada é simplesmente comparado com o conhecido. Assim, obtém-se informações sobre a composição da substância.
Oportunidades
O método de análise de fluorescência de raios X permite analisar:
- amostras cujo tamanho ou massa é desprezível (100-0,5 mg);
- redução significativa nos limites (menor em 1-2 ordens de magnitude que XRF);
- análise levando em consideração variações na energia quântica.
A espessura da amostra a ser examinada não deve exceder 1 mm.
No caso de tal tamanho de amostra, é possível suprimir processos secundários na amostra, entre os quais:
- espalhamento Compton múltiplo, que amplia significativamente o pico em matrizes de luz;
- bremsstrahlung de fotoelétrons (contribui para o platô de fundo);
- excitação interelemento, bem como absorção de fluorescência que requer correção interelemento durante o processamento do espectro.
Desvantagens do método
Uma das desvantagens significativas é a complexidade que acompanha a preparação de amostras finas, bem como requisitos rigorosos para a estrutura do material. Para pesquisa, a amostra deve ser muito finamente dispersa e altamente uniforme.
Outra desvantagem é que o método está fortemente vinculado aos padrões (amostras de referência). Esse recurso é inerente a todos os métodos não destrutivos.
Aplicação do método
A análise de fluorescência de raios-X tornou-se difundida em muitas áreas. É usado não apenas na ciência ou na indústria, mas também no campo da cultura e das artes.
Usado em:
- proteção ambiental e ecologia para a determinação de metais pesados em solos, bem como para sua detecção em água, precipitação, vários aerossóis;
- mineralogia e geologia realizam análises quantitativas e qualitativas de minerais, solos, rochas;
- indústria química e metalurgia - controle da qualidade das matérias-primas, dos produtos acabados e do processo produtivo;
- indústria de tintas - analise a tinta à base de chumbo;
- indústria de joias - mede a concentração de metais preciosos;
- indústria petrolífera - determinar o grau de contaminação do óleo e combustível;
- indústria de alimentos - identificar metais tóxicos em alimentos e ingredientes;
- agricultura - analisar oligoelementos em vários solos, bem como em produtos agrícolas;
- arqueologia - realizar análise elementar, bem como datação de achados;
- arte - estudam esculturas, pinturas, examinam objetos e os analisam.
Liquidação fantasma
Análise de fluorescência de raios-X GOST 28033 - 89 vem regulando desde 1989. Documentotodas as dúvidas sobre o procedimento são registradas. Embora muitas medidas tenham sido tomadas ao longo dos anos para melhorar o método, o documento ainda é relevante.
De acordo com GOST, as proporções dos materiais estudados são estabelecidas. Os dados são exibidos em uma tabela.
Tabela 1. Razão de frações de massa
| Elemento definido | Fração de massa, % |
| Enxofre | De 0,002 a 0,20 |
| Silicon | "0,05 " 5,0 |
| Molibdênio | "0,05 " 10,0 |
| Titânio | "0, 01 " 5, 0 |
| Cob alto | "0,05 " 20,0 |
| Chrome | "0,05 " 35,0 |
| Niobio | "0, 01 " 2, 0 |
| Manganês | "0,05 " 20,0 |
| Vanadium | "0, 01 " 5, 0 |
| Tungstênio | "0,05 " 20,0 |
| Fósforo | "0,002 " 0,20 |
Equipamento aplicado
A análise espectral de fluorescência de raios-X é realizada usandoequipamentos, métodos e meios especiais. Entre os equipamentos e materiais utilizados no GOST estão listados:
- multicanal e espectrômetros de varredura;
- máquina de esmerilar e esmerilar (esmerilar e esmerilar, tipo 3B634);
- moedor de superfície (Modelo 3E711B);
- torno de corte de parafuso (modelo 16P16).
- rodas de corte (GOST 21963);
- rodas abrasivas eletrocorindo (liga cerâmica, granulometria 50, dureza St2, GOST 2424);
- papel de lixa (base de papel, 2º tipo, marca BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), eletrocorindo - normal, granulometria 50-12, GOST 6456);
- álcool etílico técnico (retificado, GOST 18300);
- mistura de argônio-metano.
GOST admite que outros materiais e aparelhos podem ser usados para fornecer análises precisas.
Preparação e amostragem de acordo com GOST
Análise de fluorescência de raios-X de metais antes da análise envolve preparação de amostra especial para pesquisas adicionais.
A preparação é realizada na ordem apropriada:
- A superfície a ser irradiada é afiada. Se necessário, limpe com álcool.
- A amostra é pressionada firmemente contra a abertura do receptor. Se a superfície da amostra não for suficiente, são usados limitadores especiais.
- O espectrômetro está preparado para operação de acordo com as instruções de uso.
- O espectrômetro de raios X é calibrado usando uma amostra padrão que está em conformidade com GOST 8.315. Amostras homogêneas também podem ser usadas para calibração.
- A graduação primária é realizada pelo menos cinco vezes. Neste caso, isso é feito durante a operação do espectrômetro em dias diferentes.
- Ao realizar calibrações repetidas, é possível usar duas séries de calibrações.
Análise e processamento de resultados
O método de análise de fluorescência de raios-X de acordo com GOST envolve a realização de duas séries de medições paralelas para obter um sinal analítico de cada elemento sob controle.
É permitido usar a expressão do valor do resultado analítico e a discrepância de medições paralelas. Em unidades de medida, as escalas expressam os dados obtidos usando as características de calibração.
Se a discrepância permitida exceder as medições paralelas, a análise deve ser repetida.
Uma medição também é possível. Neste caso, duas medições são realizadas em paralelo em relação a uma amostra do lote analisado.
O resultado final é a média aritmética de duas medições feitas em paralelo, ou o resultado de uma medição sozinha.
Dependência dos resultados da qualidade da amostra
Para análise de fluorescência de raios X, o limite se aplica apenas à substância na qual o elemento é detectado. Para substâncias diferentes, os limites de detecção quantitativa de elementos são diferentes.
O número atômico que um elemento possui pode desempenhar um grande papel. Outras coisas sendo iguais, é mais difícil determinar elementos leves e elementos pesados são mais fáceis. Além disso, o mesmo elemento é mais fácil de identificar em uma matriz leve do que em uma pesada.
Assim, o método depende da qualidade da amostra apenas na medida em que o elemento pode estar contido em sua composição.
