При использовании XRF(РФА), на образец воздействуют рентгеновским излучением, тем самым вызывая флуоресцентное излучение на поверхности образца. При этом каждый атом в образце начинает излучать так называемое характеристическое рентгеновское излучение. Детектор измеряет энергию и интенсивность (количество фотонов в секунду с определенной энергией) этого излучения таким образом формируя спектр. Спектр с помощью программного обеспечения преобразуется в вывод химического состава материала при помощи алгоритма фундаментальные параметры или при помощи калибровочных кривых, созданных пользователем или заводом изготовителем.
Присутствие элемента идентифицируется по характерестической длине волны или энергии рентгеновского излучения, которая уникальна для каждого элемента. Измеряя интенсивность этого излучения определяется количественный состав элемента в материале.
XRF – шаг за шагом
Атомный уровень:
ОДИН – Все атомы имеют определенное количество электронов. Эти электроны расположены на электронных оболочках вокруг ядра.
ДВА – Энергодисперсионный XRF (EDXRF) обычно работает с первыми тремя электронными оболочками – K, L и M.
ТРИ – Налетающие фотоны из рентгеновской трубки имеют достаточно высокую энергию чтобы выбивать электроны с внутренних оболочек, тем самым создавая вакансии на этих оболочках (1). Чтобы восстановить стабильность внутри атома, электрон с одной из внешних оболочек перемещается на вакантное место на внутренней оболочке (2).
ЧЕТЫРЕ – Когда электрон с внешней оболочки перемещается на внутреннюю, он испускает энергию в виде вторичного рентгеновского фотона. Данный тип излучения известен как флуоресценция. Все элементы производят «характерестическую» флуоресценцию. И каждый элемент имеет собственную уникальную флуоресценцию.
Инструментальный уровень XRF:
ШЕСТЬ – Флуоресцентное излучение улавливает детектор, где оно поглощается и преобразуется в электрический сигнал, а затем в число (оцифровывается).
Результаты можно просматривать в виде процентов или в виде спектра. XRF способен обрабатывать (оцифровывать, считать) около 200 000 событий в секунду. Зарегистрированное излучение и формируют спектр. Каждый пик в спектре это характеристическое излучение полученное от конкретного элемента, например Cr, Ni и т.д. Высота пика пропорциональна концентрации элемента. Высота пика преобразуется в процент или ppm этого элемента с помощью метода калибровки – либо фундаментальных параметров, либо заводских или пользовательских эмпирических калибровок (см. ниже).
Искажение результатов анализа
В методах элементного анализа возникают искажения результатов анализа, которые необходимо исправить или компенсировать для получения адекватных аналитических результатов. В XRF-спектрометрии первичные искажения исходят от некоторых определенных элементов в веществе, которые могут повлиять (матричные эффекты) на результаты анализа интересующего элемента (ов). Однако эти искажения хорошо известны и задокументированы; а усовершенствования инструментальных средств и математические исправления в программном обеспечении системы легко и быстро исправляют такие искажения. В некоторых случаях геометрия образца может повлиять на рентгенофлуоресцентный анализ, но это легко компенсируется выбором оптимальной области отбора пробы, шлифованием или полировкой пробы или прессованием гранулы.
Количественный элементный анализ
Для проведения количественного элементного анализа, XRF-спектрометрия использует эмпирические методы (калибровочные кривые с использованием стандартов, сходных по свойствам с неизвестными) или фундаментальные параметры (FP). Фундаментальные параметры (FP) является более предпочтительным способом, поскольку он позволяет проводить элементный анализ без использования стандартов или калибровочных кривых. Это позволяет аналитику немедленно использовать систему, не тратя дополнительное время на настройку индивидуальных калибровочных кривых для различных интересующих элементов и материалов. Наряду с хранимыми библиотеками известных материалов, фундаментальные параметры (FP) не только быстро и легко определяют элементный состав неизвестного материала, но также могут идентифицировать неизвестный материал.
Спектрометры
SciAps использует метод спектрометра EDXRF из-за его механической простоты и отличной адаптации для портативного использования в полевых условиях. Система EDXRF обычно состоит из трех основных компонентов:
- источник возбуждения,
- спектрометр / детектор,
- блок сбора / обработки данных.
Портативные устройства EDXRF выпускаются в трех прочных и удобных форм-факторах. Портативные полевые устройства EDXRF применяются в непосредственном контакте с образцом, вне зависимости от того, где находится образец – в пещере, на горе, в лаборатории, на стене, на производственном / перерабатывающем заводе. Эти устройства предлагают простоту использования, быстрое время анализа, более низкую начальную закупочную цену и существенно более низкие затраты на долгосрочное обслуживание.
- Рентгеновская трубка облучает твердый или жидкий образец.
- На атомы в образце воздействует рентгеновское излучение с достаточной энергией, то есть большей, чем энергия связи K или L-оболочки атома, в результате чего электрон выбивает с уровня K или L-оболочки атома.
- Электрон, находящийся на более высокой оболочке, «спрыгивает» на образовавшиеся вакансии на K или L-оболочке
- Когда электрон переходит на нижние оболочки K или L, он излучает фотон определенной длины волны характерный для этого атома (характеристическое рентгеновское излучение).
- Испускаемые фотоны (рентгеновское излучение) измеряются энергодисперсионным детектором на XRF-анализаторе. Детектор и соответствующая электроника измеряют энергию каждого рентгеновского кванта и подсчитывают их количество в секунду. Спектр рентгеновского излучения состоит из энергии по горизонтальной оси и интенсивности (#/с) по вертикальной оси.
- Встроенное ПО использует либо бесстандартные методы, такие как фундаментальные параметры, либо созданные пользователем (эмпирические) калибровочные кривые, чтобы связать спектр рентгеновских лучей с концентрациями элементов.
