طیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس یا XRF چیست
طیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس یا XRF چیست
فلورسانس اشعه ایکس (xrf) یک تکنیک تحلیلی است که از برهم کنش پرتوهای ایکس با یک ماده برای تعیین نوع عنصر موجود در آن ترکیب استفاده می شود . طیف سنجی XRF بیشتر برای جامدات ، مایعات و مواد پودری مناسب است.
در تعیین نوع عنصر به روش XRFدو روش اصلی وجود دارد - توزیع انرژی (EDXRF) و توضیع طول‌موج (WDXRF)،که در این انتهای این مقاله مفصل درباره آن توضیح داده خواهد شد.
تشخیص نوع عنصر موجود در یک ترکیب و مقدار این عنصر بر اساس تنظیمات دستگاه متغییر خواهد بود., اما به طور معمول در روش EDXRF تمام عناصر را از سدیم (Na) تا اورانیوم (U) قابل شناسایی خواهند بود ، در حالی که روش WDXRF می تواند تنها ماده را تا عنصر بریلیم (Be) شناسایی و مشخص کند. غلظت مواد می‌تواند از ۱۰۰%پایین‌تر تا ppm و در برخی موارد زیر ppm باشد. حدود تشخیص بستگی به عنصر ویژه و ماتریس نمونه دارد, اما به عنوان یک قاعده کلی, عناصر سنگین‌تر ، بازه ی شناسایی بهتری خواهند داشت.
XRF عمدتا به عنوان یک وسیله ای برا شناسایی سریع مواد در آزمایشگاه های آنالیزی در سراسر جهان کاربرد دارد ، و از عمده کاربرد های آن در صنایع مختلفی مثل متالورژی، ، پلیمر، الکترونیک، باستان‌شناسی، ، زمین‌شناسی، و معدن‌کاری نام برد.
پیشرفت‌های اخیر در تکنولوژی اشعه ایکس منجر به توسعه و ساخت ابزارهایشده استکه قابلیت تجزیه و تحلیل بالایی را دارند، که در حال حاضر توسط محققان و تحلیلگران در سراسر جهان در آزمایشگاه ها در حال استفاده می باشد.
اشعه ایکس
اشعه‌های ایکس بخشی از طیف الکترومغناطیسی را تشکیل می‌دهند و با انرژی‌های بین تابش فرابنفش و گاما مشخص می‌شوند.طول موج به طور معمول در محدوده 0.01 تا 10 نانومتر قرار دارد که معادل انرژی های 125 کیلو ولت تا 0.125 کیلو ولت است.
با وجود اینکه در ربع آخر قرن نوزدهم اکتشافات مهمی در زمینه اشعه ایکس به وجود آمده بود و این کار باعث جلب جلب توجه دانشمندان قرار گرفت.بعداً به رونگن جایزه نوبل اهدا شد. بخاطر کار او ، و در بسیاری از زبانها اشعه ایکس هنوز هم به نام او نامگذاری شده است.
پرتوهای اشعه ایکس امروزه به طور گسترده ای در جهان استفاده می شود ، از جمله برای تصویربرداری پزشکی در بیمارستان ها و غربالگری چمدان در دروازه های امنیتی فرودگاه. در علوم طبیعی هم برای برسی خواص تحلیلی ابتدایی و ساختار یکپارچگی اشیا بسیار کاربرد دارد.
تعامل اشعه X با ماده
مطالعات رونتگن در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم به سرعت ماهیت نافذ اشعه X را مشخص نمود و پس از چندی دستگاه های تصویر برداری پزشکی با توجه به ساختار اشعه ایکس ساخته شد.
با این حال ، تعامل اشعه X با ماده پیچیده تر از "عبور از" است.زمانی که اشعه ایکس به یک ماده برخورد می کند ، برخی از پرتوهای ایکس در ماده جذب می شود و قسمتی از اشعه ایکس در محیط پراکنده می شود. اگر هیچ فرآیندی در اثر برخورد رخ ندهد ، در آن صورت اشعه X از داخل مواد عبور می کند و منتقل می شود.
بعد از برخورد اشعه ایکس به ماده ، هنگامی که جذب رخ می دهد ، پرتوهای X با ماده در لایه اتمی تعاملی صورت میدهد و یک انرژی آزاد میکند می توانند فلورسانس بعدی را ایجاد کنند.
- این فلورسانس همان اشعه ایکس است که اساس طیف سنجی XRF را تشکیل می دهد ، و این فرایند با جزئیات بیشتر در بخش بعدی مورد بحث قرار می گیرد. علاوه بر فرآیند جذب / فلورسانس ، اشعه X نیز می تواند از مواد پراکنده شود.
این پراگندگی انرژی می‌تواند به ترتیب با و بدون از دست دادن انرژی رخ دهد.
اساس فرآیند -فلورسانس اشعه ایکس
فلورسانس پرتو ایکس (XRF) را می توان در یک فرآیند سه مرحله ای ساده که در سطح اتمی اتفاق می افتد ، در نظر گرفت:
- اشعه ایکس ورودی یک الکترون را از یکی از مدارهای اطراف هسته از لایه های الکترونی خارج میکند
- یک حفره ای در یکی از لایه های مدار ایجاد می شود که یک حالت ناپایداری در ساختار اتم ایجاد می شود.
- برای به تعادل ساختار اتم ، یک الکترون از لایه های بالاتریا از مداری بیرونی از اتم به ساختار الکترونی وارد می شود. از آنجایی الکترون دارای انرژی کمتری است ، انرژی اضافی در قالب اشعه ایکس فلورسنت ساطع می شود.
اختلاف انرژی بین الکترونهای خارج شده و جایگزین ، برابر همان میزان انرژی است که در فرآیند فلورسانس اتفاق افتاده.
بنابر این ، انرژی اشعه ایکسی که مستقیما از این جابه جایی لایه ها صاطع می شود توسط یک دتکتور دریافت می شود و مورد بررسی قرار میگیرد. این دقیقا همان ویژگی اصلی است که باعث می شود XRF ابزاری برای تحلیل سریع برای ترکیبات شیمیایی یا عنصر ها باشد.
فلورسانس اشعه ایکس - انتقال های چندگانه
از آنجا که بیشتر اتمها شامل تعدادی از مدارهای الکترونی (به عنوان مثال ، پوسته K ، پوسته L ، پوسته M) تعداد انتقال فلورسنت ممکن است بیشتر باشد.
بنابراین ، برای هر عنصر واحد ، یک عدد از قله XRF امکان پذیر است ، و کلا در بین آن همه طیف دریافتی هر عنصری طیف مخصوص به خود را داراست .دقیقا مثل اثر انگشت هر انسان که مختص خود اوست.
فلورسانس اشعه ایکس - شدت
میزان جذب اشععه x در هر عنصری به میزان انرژی پرتو X تابیده شده به آن جسم بستگی دارد .یکی از قوانیی که در ایم حوزه معروف به قانون شصت است که بیان میکند اشعه های x با انرژی کمتر ممکن است نسبت به فوتون های پر انرژی بهتر جذب شوند.
واضح است که بازده عناصر نوری بسیار کم است و این حساسیت قابل دستیابی برای این عناصر منعکس می شود.
طیف سنجیXRF
- منبع اشعه X برای تابش نمونه استفاده می شود.
- نمونه
- تشخیص اشعه X فلورسانس ساطع شده.
طیف XRF حاصل ، میزان شدت اشعه X تابیده شده به جسم (معمولاً با تعداد در ثانیه) را به عنوان تابعی از انرژی (معمولاً در ولتاژ) نشان می دهدند بیان می کنند.
دو نوع طیف سنجی XRF وجود دارد. XRF پراکندگی انرژی (EDXRF) و XRF پراکندگی طول موج (WDXRF) ، که در درجه اول در نحوه شناسایی و تجزیه و تحلیل اشعه X فلورسنت متفاوت است.
پراکندگی انرژی XRF
یک سیستم آشکار ساز انرژی به طور مستقیم انرژی‌های مختلف اشعه‌های ایکس ساطع شده از نمونه را اندازه‌گیری میکند. با شمارش و رسم تعداد نسبی اشعه ایکس در هر انرژی طیف xrf تولید می‌شود. اصل آشکارساز انرژی با استفاده از جفت‌های حفره الکترون در یک ماده نیمه‌هادی (اغلب سیلیکون) ساخته شده‌است. در اثر برخورد اشعه X، انرژی سابقش ، توسط مواد آشکارساز جذب می‌شود و باعث می‌شود که یک یا چند جفت حفره الکترون ایجاد شود.
پس از این برخورد ، الکترونها از آشکارساز خارج می شوند و جریان حاصل شده با تعداد جفت های الکترون سوراخ متناسب خواهد بود،که به خودی خود ارتباط مستقیمی با انرژی اشعه ایکس دارد.
این فرآیند تحلیل با نرخ بسیار بالا تکرار می‌شود و نتایج به کانال‌های انرژی طبقه‌بندی می‌شوند.
