Рэнтгенафлуарэсцэнтны спектрометр

Рэнтгенафлуарэсцэнтны спектрометр - прыбор, які выкарыстоўваецца для вызначэння элементнага складу рэчывы пры дапамозе рэнтгенафлуарэсцэнтнага аналізу (РФА). ^[1]

Прынцып дзеяння

Метад заснаваны на зборы і аналізе спектру, атрыманага пасля ўзбуджэння характарыстычных рэнтгенаўскага выпраменьвання, якое ўзнікае пры пераходзе атама з распачатай у асноўны стан (гл. Закон Мозлі). Атамы розных элементаў выпускаюць фатоны са строга вызначанымі энергіямі, вымераўшы якія можна вызначыць якасны элементны склад. Для вымярэння колькасці элемента рэгіструецца інтэнсіўнасць выпраменьвання з пэўнай энергіяй.

Асноўныя элементы рэнтгенафлуарэсцэнтных спектрометраў

Абавязковымі элементамі рэнтгенафлуарэсцэнтных спектрометраў з'яўляюцца крыніца ўзрушанасці характарыстычнага рэнтгенаўскага выпрамянення (касмічныя апараты заміж яго могуць скарыстаць сонечныя ўспышкі у якасці ўзбуджальніка рэнтгенаўскага выпрамянення; на Зямлі гэта немагчымае, бо рэнтгенаўскае выпрамяненне Сонца цалкам паглынаецца атмасферай) і аналізатар гэтага выпрамянення. Сучасныя прыборы абавязкова забяспечваюцца праграмным забеспячэннем для вызначэння колькаснага элементнага складу пробы.

Для ўзбуджэння атамов доследнай пробы могуць выкарыстоўвацца:

• рэнтгенаўская трубка, выпускалая жорсткае (з высокай энергіяй) рэнтгенаўскае выпраменьванне;
• ізатопы некаторых элементаў (напрыклад: Fe-55, Cd-109, Cm-244, Am-241);
• электроны;

Пры рэгістрацыі атрыманага спектру могуць прымяняцца:

• крышталі-аналізатары (монакрышталі некаторых рэчываў) разам з дэтэктарам (сумерны, сцынтыляцыйны, паўправадніковы);
• энерга-дысперсійныя дэтэктары (адрозніваюць фатоны па энергіях);

Найлепшым дазволам дэтэктара на дадзены момант з'яўляецца дазвол у 123 эВ з найлепшай хуткасцю падліку 3×10⁵ імпульсаў у секунду.

Адменнікі прыбораў

Усе прыборы класіфікуюцца па прынцыпах узрушанасці/рэгістрацыі спектраў. Спектрометры з крышталямі-аналізатарамі, зазвычай, маюць значна больш высокі дазвол і даражэй прыбораў з энерга-дысперсійнымі дэтэктарамі.

Па спосабе выкарыстання адрозніваюць лабараторныя, стацыянарныя і пераносныя партатыўныя спектрометры. Апошнія адрозніваюцца шпаркасцю атрыманні вынікаў, лёгкасцю, выгодай, магчымасцю палявых даследаванняў, але саступаюць лабараторным і стацыянарным прыборам у адчувальнасці і дакладнасці. У адрозненне ад партатыўных прыбораў, што спецыялізуюцца на вузкім коле заданняў (вызначэнне складу сталяў, сплаваў, руд, горных парод, глеб, RoHS аналіз і да т.п.), стацыянарныя ўсталёўкі ўніверсальныя. Гэта злучана, перадусім, з тым, што для надзейнага колькаснага аналізу патрабуецца набор эталонных узораў для кожнага элемента, што няздзейсна пры працы з партатыўнымі ўсталёўкамі.

Для паляпшэння вынікаў пры вызначэнні лёгкіх элементаў з парадкавымі нумарамі менш 20 (прыкладам, натрыю, магнію, алюмінію, крэмнію, фосфара, шэрыя) выкарыстоўваецца вакуумныючы адпампоўка паветра або прадзіманне камеры геліем. Гэта выклікана патрэбай унікнуць паглынання паветрам рэнтгенаўскіх квантаў з малой энергіяй, выпусканых лёгкімі элементамі.

Пры рэгістрацыі цяжкіх элементаў (з парадкавым нумарамі больш 56) узнікае іншая складанасць — розныя элементы маюць мала якая адрозніваецца энергію фатонаў, што змушае ўжываць даражэйшыя дэтэктары з высокім дазволам па энергіі.

Узрушанасць электронамі выкарыстоўваецца пры элементным аналізе ў растравых і ў прасвечваючых электронных мікраскопах.

Ужыванне

Рэнтгенафлуарэсцэнтны спектрометр з'яўляецца неразбуральным экспрэсным метадам вызначэння элементнага складу. З узростам парадкавага нумара элемента адчувальнасць метаду расце, а абмыла вызначэння колькаснага элементнага складу зніжаецца. Шараговыя прыборы могуць вызначаць утрыманне элементаў з сярэднімі атамнымі нумарамі з абмылай 0,1 %.

Рэнтгенафлуарэсцэнтныя спектрометры знайшлі ўжыванне ў розных галінах навукі і тэхнікі:

• Экалогія і ахова навакольнага асяроддзя: вызначэнне цяжкіх металаў у глебах, асадках, вадзе, аэразолях і інш.
• Геалогія і мінералогія: якасны і колькасны аналіз глеб, мінералаў, горных парод і інш.
• Металургія і хімічная індустрыя: кантроль якасці сыравіны, вытворчага працэсу і гатовай прадукцыі
• Лакафарбавая прамысловасць: аналіз свінцовых фарбаў
• Ювелірная прамысловасць: вымярэнне канцэнтрацый каштоўных металаў
• Нафтавая прамысловасць: вызначэнне забруджанняў нафты і паліва
• Харчовая прамысловасць: вызначэнне таксічных металаў у харчовых інгрэдыентах
• Сельская гаспадарка: аналіз мікраэлементаў у глебах і сельскагаспадарчых прадуктах
• Археалогія: элементны аналіз, датаванне археалагічных знаходак
• Мастацтва: вывучэнне карцін, скульптур, для правядзення аналізу і экспертыз
• Касмічныя даследаванні: вывучэнне элементнага складу нябесных цел з борта ЯМС на арбіце ці апарата на паверхні нябеснага цела. Пры наяўнасці ў нябеснага цела атмасферы прыбор камплектуецца ўзбуджальнікам рэнтгенаўскага выпрамянення, пры разрэджанай атмасферы ці яе нябытнасці (прыкладам Месяц, Меркурый) у якасці ўзбуджальніка могуць выкарыстоўвацца сонечныя выбліскі. Прыклады такіх прыбораў: прыбор РЫФМА, усталяваны на апаратах Месяцаход-1, Месяцаход-2 для даследавання Месяца (з узбуджальнікам), прыбор XRS на апараце MESSENGER для даследавання Меркурыя (у якасці ўзбуджальніка — сонечныя ўспышкі).

Асноўныя характарыстыкі прыбораў

• Актыўная вобласць
• Максімальны энергетычны дазвол
• Дыяпазон вызначаных элементаў
• Максімальная ўваходная хуткасць рахунка
• Максімальная выходная хуткасць рахунка

Гл. таксама

• Спектрометр
• Волна-дысперсійны спектрометр
• Флуарэсцэнцыя
• Рэнтгенафлуарэсцэнтны аналіз
• Рэнтгенафлуарэсцэнтны аналізатар X-Supreme8000 Oxford Instruments Архівавана 12 мая 2017.

Зноскі

1. Рэнтгенафлуарэсцэнтны аналізатар X-Supreme8000 Oxford Instruments