Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF) — это неразрушающий аналитический метод, используемый для определения элементного состава различных материалов. При использовании XRF на образец воздействуют рентгеновским излучением, тем самым вызывая флуоресцентное излучение на поверхности образца. 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, формируя спектр. Спектр с помощью программного обеспечения преобразуется в химический состав материала при помощи алгоритма фундаментальных параметров или при помощи калибровочных кривых, созданных пользователем или заводом-изготовителем.
Присутствие элемента идентифицируется по характеристической длине волны или энергии рентгеновского излучения, которая уникальна для каждого элемента. Измеряя интенсивность этого излучения, определяется количественный состав элемента в материале.
XRF-анализаторы SciAps: инновации в портативной аналитике
SciAps использует метод энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной спектрометрии (EDXRF) благодаря его механической простоте и отличной адаптации для портативного использования в полевых условиях. Система EDXRF обычно состоит из трех основных компонентов: источника возбуждения, спектрометра/детектора и блока сбора/обработки данных.
Портативные устройства EDXRF выпускаются в прочных и удобных форм-факторах. Эти приборы применяются в непосредственном контакте с образцом, вне зависимости от того, где находится образец — в пещере, на горе, в лаборатории, на стене или на производственном предприятии.
Преимущества портативных XRF-анализаторов SciAps
• Простота использования и интуитивный интерфейс
• Быстрое время анализа (секунды)
• Более низкая начальная стоимость по сравнению со стационарными системами
• Существенно более низкие затраты на долгосрочное обслуживание
• Возможность анализа in situ без подготовки образца
• Соответствие международным стандартам качества
Рисунок 1: Портативный XRF-анализатор SciAps серии X
XRF – пошаговое объяснение
Атомный уровень:
Все атомы имеют определенное количество электронов. Эти электроны расположены на электронных оболочках вокруг ядра.
Энергодисперсионный XRF (EDXRF) обычно работает с первыми тремя электронными оболочками – K, L и M.
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).
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 «характеристическую» флуоресценцию. И каждый элемент имеет собственную уникальную флуоресценцию.
Инструментальный уровень XRF:
Рентгеновское излучение воздействует на образец. Высокоэнергетические первичные рентгеновские фотоны испускаются из рентгеновской трубки и попадают на образец.
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 формирует спектр. Каждый пик в спектре — это характеристическое излучение, полученное от конкретного элемента, например Cr, Ni и т.д. Высота пика пропорциональна концентрации элемента.
Технические аспекты XRF-анализа
Количественный элементный анализ
Применение XRF-анализаторов SciAps
Преимущества технологии EDXRF
Искажение результатов анализа и их коррекция
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.
Технология защиты детектора SciAps
SciAps разработала уникальную технологию защиты детектора, которая обеспечивает:
• Повышенную долговечность детектора
• Улучшенную стабильность показаний
• Защиту от повреждения при анализе мелких частиц
• Увеличенный срок службы прибора
Эта инновационная технология делает анализаторы SciAps более надежными в полевых условиях.
Портативные XRF-анализаторы SciAps: основные модели
Серия X-5
Компактный и легкий анализатор для общего применения. Идеален для сортировки металлов, анализа почв и основных задач PMI.
X-50
Мощный анализатор с улучшенной чувствительностью для легких элементов. Оптимален для геохимических исследований и анализа руд.
X-200
Профессиональный инструмент для анализа сплавов с высокой точностью. Оснащен вакуумной системой для улучшения анализа легких элементов.
X-505
Анализатор премиум-класса с максимальной чувствительностью. Идеален для критических применений в аэрокосмической и нефтегазовой отраслях.
X-550
Флагманская модель с расширенными возможностями. Объединяет лучшие характеристики всех моделей серии X.
X-555
Специализированный анализатор для конкретных применений с оптимизированными калибровками для максимальной точности.
Все портативные XRF-анализаторы SciAps соответствуют международным стандартам безопасности и качества, включая ISO 9001:2015, и имеют необходимые сертификаты для применения в различных отраслях промышленности.
Процесс анализа в XRF-спектрометрии
- Рентгеновская трубка облучает твердый или жидкий образец. Первичные рентгеновские лучи генерируются рентгеновской трубкой и направляются на образец.
- Атомы в образце подвергаются воздействию рентгеновских лучей с достаточной энергией, то есть большей, чем энергия связи K или L-оболочки атома, в результате чего электрон выбивается с уровня K или L-оболочки атома.
- Электрон, находящийся на более высокой оболочке, «спрыгивает» на образовавшиеся вакансии на K или L-оболочке. Этот переход происходит для восстановления стабильности атома.
- 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.
- Встроенное ПО использует либо бесстандартные методы, такие как фундаментальные параметры, либо созданные пользователем (эмпирические) калибровочные кривые, чтобы связать спектр рентгеновских лучей с концентрациями элементов.
Рисунок 2: Типичный спектр XRF-анализа с идентификацией элементов
Сравнительная характеристика методов анализа
Преимущества XRF-анализа
Области применения
Заключение
Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF) представляет собой мощный инструмент для элементного анализа широкого спектра материалов. Портативные XRF-анализаторы SciAps сочетают в себе высокую точность лабораторных приборов с удобством и мобильностью полевых устройств.
Благодаря технологии энергодисперсионной спектрометрии (EDXRF), пользователи могут получать точные результаты анализа за считанные секунды непосредственно на месте отбора проб. Метод фундаментальных параметров позволяет проводить анализ без необходимости использования стандартов, что значительно упрощает работу и расширяет возможности применения.
Анализаторы SciAps находят применение в самых различных отраслях — от металлургии и геологии до экологического мониторинга и контроля качества в промышленности. Их надежность, точность и простота использования делают их незаменимым инструментом для специалистов, требующих быстрого и точного элементного анализа в полевых условиях.
С непрерывным развитием технологий и улучшением характеристик приборов, XRF-анализаторы становятся все более доступными и эффективными, открывая новые возможности для научных исследований и промышленного применения.
Инновации SciAps в XRF-технологии
Технология защиты детектора: Уникальная разработка SciAps, значительно увеличивающая срок службы прибора и стабильность измерений.
Улучшенная чувствительность для легких элементов: Специальные конструкции и алгоритмы для точного анализа элементов от магния.
Интеллектуальное программное обеспечение: Автоматическая идентификация материалов, облачные технологии, расширенные возможности отчетности.
Эргономичный дизайн: Легкие и удобные корпуса, разработанные для интенсивного использования в полевых условиях.
Видео: Технология XRF-анализа в действии с использованием портативных анализаторов SciAps
