XRF (X-ray fluorescence analysis) est une méthode d'analyse physique qui détermine directement presque tous les éléments chimiques dans les matériaux en poudre, liquides et solides.
Les bienfaits de la méthode
Cette méthode est universelle car elle est basée sur une préparation rapide et facile des échantillons. La méthode a été largement utilisée dans l'industrie, dans le domaine de la recherche scientifique. La méthode d'analyse par fluorescence X a un potentiel énorme, utile dans l'analyse très complexe de divers objets environnementaux, ainsi que dans le contrôle de la qualité des produits manufacturés et dans l'analyse des produits finis et des matières premières.
Histoire
L'analyse de la fluorescence X a été décrite pour la première fois en 1928 par deux scientifiques - Glocker et Schreiber. L'appareil lui-même n'a été créé qu'en 1948 par les scientifiques Friedman et Burks. Comme détecteur, ils ont pris un compteur Geiger, qui a montré une grande sensibilité par rapport au numéro atomique du noyau de l'élément.
L'hélium ou milieu sous vide dans la méthode de recherche a commencé à être utilisé en 1960. Ils ont été utilisés pour déterminer les éléments légers. A également commencé à utiliser des cristaux de fluorurelithium. Ils ont été utilisés pour la diffraction. Des tubes de rhodium et de chrome ont été utilisés pour exciter la bande d'ondes.
Si(Li) - Le détecteur de dérive silicium-lithium a été inventé en 1970. Il a fourni une grande sensibilité des données et n'a pas nécessité l'utilisation d'un cristalliseur. Cependant, la résolution en énergie de cet instrument était pire.
Pièce d'analyse automatisée et contrôle de processus transférés à la machine avec l'avènement des ordinateurs. Le contrôle a été effectué à partir du panneau sur l'instrument ou du clavier de l'ordinateur. Les analyseurs sont devenus si populaires qu'ils ont été inclus dans les missions Apollo 15 et Apollo 16.
Actuellement, les stations spatiales et les vaisseaux lancés dans l'espace sont équipés de ces appareils. Cela vous permet d'identifier et d'analyser la composition chimique des roches d'autres planètes.
Method Essence
L'essence de l'analyse par fluorescence X consiste à effectuer une analyse physique. Il est ainsi possible d'analyser à la fois des solides (verre, métal, céramique, charbon, roche, plastique) et des liquides (pétrole, essence, solutions, peintures, vin et sang). La méthode vous permet de déterminer de très petites concentrations, au niveau ppm (une partie par million). De grands échantillons, jusqu'à 100 %, se prêtent également à la recherche.
Cette analyse est rapide, sûre et non destructive pour l'environnement. Il a une grande reproductibilité des résultats et la précision des données. La méthode permet une détection semi-quantitative, qualitative et quantitative de tous les éléments présents dans l'échantillon.
L'essence de la méthode d'analyse par fluorescence Xsimple et compréhensible. Si vous laissez la terminologie de côté et essayez d'expliquer la méthode de manière plus simple, alors il s'avère. Que l'analyse est effectuée sur la base d'une comparaison du rayonnement résultant de l'irradiation d'un atome.
Il existe un ensemble de données standard déjà connues. En comparant les résultats avec ces données, les scientifiques concluent quelle est la composition de l'échantillon.
La simplicité et l'accessibilité des appareils modernes leur permettent d'être utilisés dans la recherche sous-marine, l'espace, diverses études dans le domaine de la culture et des arts.
Principe de fonctionnement
Cette méthode est basée sur l'analyse du spectre, qui est obtenu en exposant le matériau à examiner aux rayons X.
Pendant l'irradiation, l'atome acquiert un état excité, qui s'accompagne de la transition des électrons vers des niveaux quantiques d'un ordre supérieur. L'atome reste dans cet état pendant une très courte période, environ 1 microseconde, puis il revient à son état fondamental (position de repos). À ce moment, les électrons situés sur les coquilles externes remplissent les places vacantes et libèrent l'énergie excédentaire sous forme de photons, ou transfèrent de l'énergie à d'autres électrons situés sur les coquilles externes (ils sont appelés électrons Auger). A ce moment, chaque atome émet un photoélectron dont l'énergie a une valeur stricte. Par exemple, le fer, lorsqu'il est exposé aux rayons X, émet des photons égaux à Kα, soit 6,4 keV. En conséquence, par le nombre de quanta et d'énergie, on peut juger de la structure de la matière.
Source de rayonnement
La méthode d'analyse des métaux par fluorescence X utilise à la fois des isotopes de divers éléments et des tubes à rayons X comme source de guérison. Chaque pays a des exigences différentes pour l'exportation et l'importation d'isotopes émetteurs, respectivement, dans l'industrie pour la production de tels équipements, ils préfèrent utiliser un tube à rayons X.
Ces tubes sont livrés avec des anodes en cuivre, argent, rhodium, molybdène ou autres. Dans certaines situations, l'anode est choisie en fonction de la tâche.
Le courant et la tension sont différents pour différents éléments. Il suffit d'étudier les éléments légers avec une tension de 10 kV, lourds - 40-50 kV, moyens - 20-30 kV.
Lors de l'étude des éléments lumineux, l'atmosphère environnante a un impact énorme sur le spectre. Pour réduire cet effet, l'échantillon dans une chambre spéciale est placé sous vide ou l'espace est rempli d'hélium. Le spectre excité est enregistré par un appareil spécial - un détecteur. La précision de la séparation des photons de différents éléments les uns des autres dépend de la hauteur de la résolution spectrale du détecteur. Maintenant, le plus précis est la résolution au niveau de 123 eV. Une analyse de fluorescence X est effectuée par un appareil d'une telle portée avec une précision allant jusqu'à 100 %.
Une fois que le photoélectron a été converti en une impulsion de tension, qui est comptée par une électronique de comptage spéciale, elle est transmise à l'ordinateur. À partir des pics du spectre, qui ont donné une analyse de fluorescence X, il est facile de déterminer qualitativement quelil y a des éléments dans l'échantillon étudié. Afin de déterminer avec précision le contenu quantitatif, il est nécessaire d'étudier le spectre résultant dans un programme d'étalonnage spécial. Le programme est pré-créé. Pour cela, des prototypes sont utilisés, dont la composition est connue à l'avance avec une grande précision.
Pour faire simple, le spectre obtenu de la substance étudiée est simplement comparé avec celui connu. Ainsi, des informations sur la composition de la substance sont obtenues.
Opportunités
La méthode d'analyse par fluorescence X vous permet d'analyser:
- échantillons dont la taille ou la masse est négligeable (100-0,5 mg);
- réduction significative des limites (inférieures de 1 à 2 ordres de grandeur à XRF);
- analyse prenant en compte les variations de l'énergie quantique.
L'épaisseur de l'échantillon à examiner ne doit pas dépasser 1 mm.
Dans le cas d'une telle taille d'échantillon, il est possible de supprimer les processus secondaires dans l'échantillon, parmi lesquels:
- diffusion Compton multiple, qui élargit considérablement le pic dans les matrices lumineuses;
- bremsstrahlung de photoélectrons (contribue au plateau de fond);
- excitation inter-éléments ainsi que l'absorption de fluorescence qui nécessite une correction inter-éléments lors du traitement du spectre.
Inconvénients de la méthode
L'un des inconvénients majeurs est la complexité qui accompagne la préparation d'échantillons minces, ainsi que les exigences strictes relatives à la structure du matériau. Pour la recherche, l'échantillon doit être très finement dispersé et très uniforme.
Un autre inconvénient est que la méthode est fortement liée aux normes (échantillons de référence). Cette fonctionnalité est inhérente à toutes les méthodes non destructives.
Application de la méthode
L'analyse par fluorescence X s'est généralisée dans de nombreux domaines. Il est utilisé non seulement dans la science ou l'industrie, mais aussi dans le domaine de la culture et des arts.
Utilisé dans:
- protection de l'environnement et écologie pour la détermination des métaux lourds dans les sols, ainsi que pour leur détection dans l'eau, les précipitations, divers aérosols;
- la minéralogie et la géologie effectuent des analyses quantitatives et qualitatives des minéraux, des sols, des roches;
- industrie chimique et métallurgie - contrôler la qualité des matières premières, des produits finis et du processus de production;
- industrie de la peinture - analyser la peinture au plomb;
- industrie de la joaillerie - mesurer la concentration de métaux précieux;
- industrie pétrolière - déterminer le degré de contamination du pétrole et du carburant;
- industrie alimentaire - identifier les métaux toxiques dans les aliments et les ingrédients;
- agriculture - analyser les oligo-éléments dans divers sols, ainsi que dans les produits agricoles;
- archéologie - effectuer une analyse élémentaire, ainsi que la datation des découvertes;
- art - ils étudient des sculptures, des peintures, examinent des objets et les analysent.
Ville fantôme
Analyse de fluorescence X GOST 28033 - 89 réglemente depuis 1989. Documenttoutes les questions concernant la procédure sont enregistrées. Bien que de nombreuses mesures aient été prises au fil des ans pour améliorer la méthode, le document est toujours d'actualité.
Selon GOST, les proportions des matériaux étudiés sont établies. Les données sont affichées dans un tableau.
Tableau 1. Rapport des fractions massiques
| Élément défini | Fraction de masse, % |
| Soufre | De 0,002 à 0,20 |
| Silicium | "0.05 " 5.0 |
| Molybdène | "0.05 " 10.0 |
| Titane | "0, 01 " 5, 0 |
| Cob alt | "0.05 " 20.0 |
| Chrome | "0.05 " 35.0 |
| Niobium | "0, 01 " 2, 0 |
| Manganèse | "0.05 " 20.0 |
| Vanadium | "0, 01 " 5, 0 |
| Tungstène | "0.05 " 20.0 |
| Phosphore | "0.002 " 0.20 |
Équipement appliqué
L'analyse spectrale de fluorescence X est effectuée à l'aide deéquipements, méthodes et moyens spéciaux. Parmi les équipements et matériaux utilisés dans GOST sont répertoriés:
- spectromètres multicanaux et à balayage;
- meuleuse et émeri (meuleuse et meuleuse, type 3B634);
- meuleuse de surface (modèle 3E711B);
- tour à décolleter (modèle 16P16).
- roues à tronçonner (GOST 21963);
- meules abrasives en électrocorindon (liant céramique, granulométrie 50, dureté St2, GOST 2424);
- papier abrasif (base papier, 2e type, marque BSh-140 (P6), BSh-240 (P8), BSh200 (P7), électrocorindon - normal, granulométrie 50-12, GOST 6456);
- alcool éthylique technique (rectifié, GOST 18300);
- mélange argon-méthane.
GOST admet que d'autres matériaux et appareils peuvent être utilisés pour fournir une analyse précise.
Préparation et échantillonnage selon GOST
L'analyse par fluorescence X des métaux avant l'analyse implique une préparation spéciale d'échantillons pour des recherches ultérieures.
La préparation s'effectue dans l'ordre approprié:
- La surface à irradier est aiguisée. Si nécessaire, essuyez avec de l'alcool.
- L'échantillon est pressé fermement contre l'ouverture du récepteur. Si la surface de l'échantillon n'est pas suffisante, des limiteurs spéciaux sont utilisés.
- Le spectromètre est prêt à fonctionner conformément au mode d'emploi.
- Le spectromètre à rayons X est étalonné à l'aide d'un échantillon standard conforme à GOST 8.315. Des échantillons homogènes peuvent également être utilisés pour l'étalonnage.
- L'obtention du diplôme primaire est effectuée au moins cinq fois. Dans ce cas, cela se fait pendant le fonctionnement du spectromètre à des jours différents.
- Lors de l'exécution d'étalonnages répétés, il est possible d'utiliser deux séries d'étalonnages.
Analyse et traitement des résultats
La méthode d'analyse par fluorescence X selon GOST implique la réalisation de deux séries de mesures parallèles pour obtenir un signal analytique de chaque élément sous contrôle.
Il est permis d'utiliser l'expression de la valeur du résultat analytique et l'écart des mesures parallèles. En unités de mesure, les échelles expriment les données obtenues à l'aide des caractéristiques d'étalonnage.
Si l'écart autorisé dépasse les mesures parallèles, l'analyse doit être répétée.
Une mesure est également possible. Dans ce cas, deux mesures sont effectuées en parallèle sur un échantillon du lot analysé.
Le résultat final est la moyenne arithmétique de deux mesures prises en parallèle, ou le résultat d'une seule mesure.
Dépendance des résultats sur la qualité de l'échantillon
Pour l'analyse par fluorescence X, la limite s'applique uniquement à la substance dans laquelle l'élément est détecté. Pour différentes substances, les limites de détection quantitative des éléments sont différentes.
Le numéro atomique d'un élément peut jouer un grand rôle. Toutes choses étant égales par ailleurs, il est plus difficile de déterminer les éléments légers et les éléments lourds sont plus faciles. De plus, le même élément est plus facile à identifier dans une matrice légère que dans une matrice lourde.
En conséquence, la méthode ne dépend de la qualité de l'échantillon que dans la mesure où l'élément peut être contenu dans sa composition.
