Метод фундаментальных параметров рфа

Новая программа качественного и количественного безэталонного и эталонного рентгеноспектрального флуоресцентного анализа с использованием Метода Фундаментальных Параметров и качественного анализа для работы в среде Windows

Программа предоставляет уникальную возможность проводить безэталонный количественный анализ без использования стандартных образцов сравнения. В случае, когда для некоторых (не обязательно всех) элементов продукта имеются стандартные образцы возможно их использование для повышения точности анализа. В программе использованы новые алгоритмы для проведения качественного анализа, быстрого и автоматического определения состава исследуемых образцов.

Качественный анализ

Предоставлены возможности как высокоточного, так и экспрессного (менее чем за 40 сек.) измерения спектров, Высокоточный анализ требует большего времени (10-20 мин.) и выявляет слабые линии. Автоматизирован процесс вычитания спектрального фона.
Производится автоматическая идентификация спектральных линий (все линии K и L серий) с их надписыванием в процессе удобных режимов просмотра спектров. Осуществляется автоматическое определение полного качественного состава образца.

Достигается высокая экспрессность анализа, так как необходимо производить измерения только для анализируемого образца.

*Примечание. Значения НПКО приведены для Спектрометра с рентгеновской трубкой, имеющей Mo анод. При использовании Ag анода НПКО для Nb и Mo равны 0.1.

Погрешности количественного анализа зависят от содержаний определяемых элементов. Приведены в таблице 2.

В случае, когда имеются стандартные образцы для анализируемого продукта (хотя бы один) и по ним произведена настройка программы, а так же анализируемая проба имеет гладкую поверхность, точность количественного анализа не уступает стандартному градуировочному анализу.

Проводится автоматический учёт аппаратурного дрейфа спектрометра.

Измерения аналитических сигналов, фона под ними и последующий расчет содержаний элементов проводятся автоматически в режиме диалога исследователя или оператора с персональной ЭВМ, управляющей спектрометром.

Возможен режим автоматического измерения и анализа группы однотипных образцов по общей методике без участия оператора.

Области применения программы

Источник

Все о методе рентгенофлуоресцентного анализа (РФА): как это работает?

Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDXRF), обычно называемая рентгеновской флуоресценцией или РФА — это неразрушающий метод определения химического состава материала. Как это работает?

Здесь мы подробно разберем, что собой представляет технология РФА и как она работает в портативных анализаторах.

Энергодисперсионная рентгеновская флуоресценция

Энергия рентгеновского излучения лежит в основе технологии измерения. Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия идентифицирует металлы и элементы в объекте путем детектирования их энергетических сигнатур.

Здесь подробно объясняется весь процесс:

По сути, все элементы имеют фиксированное число электронов, вращающихся по орбите вокруг ядра атома. Когда фотоны рентгеновской трубки ударяют по объекту контроля с достаточным количеством энергии, чтобы вытолкнуть электроны с внутренних орбиталей элементов, атомы становятся нестабильными.

Для восстановления стабильности, электроны с внешних орбиталей перемещаются на новые вакантные места на внутренних орбиталях. Когда электрон перемещается с внешней орбитали на внутреннюю, он испускает энергию фотонов, известную как рентгеновская флуоресценция. Это выделение энергии представлено на Рис. ниже.

Эта энергия определяется разностью энергий между начальной и конечной орбиталями индивидуальных электронных переходов.

Количество элемента, присутствующего в объекте, определяется по испускаемой энергии и интенсивности сигнала. Например, при наличии в объекте свинца (Pb), XRF-сигнал будет обнаружен при 10,55 и 12,61 кэВ, и его количество можно определить, построив график зависимости энергии (E) от интенсивности (I).

Как работает портативный РФА

Теперь, когда вы поняли основные принципы РФА, вам должно быть интересно узнать, как данная технология работает в портативных РФ-анализаторах, таких как Vanta™.

Процедуру работы портативного РФА можно разбить на четыре простых этапа:

1. Излучение

Сначала анализатор испускает рентгеновские лучи.

2. Возбуждение

X-лучи ударяют по образцу, который начинает флуоресцировать, и возвращаются обратно на рентгеновский детектор анализатора.

3. Измерение

Детектор измеряет энергетический спектр и показывает, какие элементы присутствуют и в каком количестве. Учтите, что РФ-анализаторы Olympus не могут быть использованы для измерения всех элементов периодической таблицы. Наши анализаторы определяют элементы от фосфора (P) до плутония (Pu).

4. Результаты

Axon Technology™ Olympus обрабатывает энергетический спектр и отображает элементный состав образца. После анализа, значения сравниваются с базой данных по маркам сталей и производится поиск наиболее близкой марки.

Как можно использовать полученные результаты РФА?

РФ-анализатор производит сложные математические расчеты, чтобы вы могли сосредоточиться на получении быстрых и точных результатов в любом месте в любое время. Полученные результаты элементного экспресс-анализа и идентификации сплавов используются в широком диапазоне приложений. Основные области применения РФА:

Для получения дополнительной информации о технологии РФА см. Часто задаваемые вопросы по РФА.

Источник

Рентгенофлуоресцентный метод относится к инструментальным методам определения элементного состава и позволяет определять валовые содержания элементов в диапазоне от B до U, безотносительно от формы их нахождения в веществе. Типичный диапазон определяемых содержаний для РФА составляет от n*0,0001% до 100%. Применение способов концентрирования позволяет, в ряде случаев, понизить предел определения еще на два порядка.

Физические основы рентгенофлуоресцентного метода

Сущность рентгенофлуоресцентного метода понятна из его названия:

«Рентгено-». Используется рентгеновское излучение, источником которого служит, как правило, рентгеновская трубка. Все современные приборы, реализующие рентгенофлуоресцентный метод и предназначенные для массового применения, используют в качестве источника первичного излучения рентгеновскую трубку.

«Флуоресцентный». Используется флуоресценция атомов пробы – вторичное рентгеновское излучение в области длин волн (от десятых долей до десятков ангстрем), вызванное первичным рентгеновским излучением рентгеновской трубки.

Рассмотрим процессы, происходящие при взаимодействии рентгеновского излучения с веществом подробнее.

Как возбуждается флуоресцентное излучение? В результате взаимодействия первичного излучения с веществом пробы происходит либо рассеяние первичных квантов на атомах элементов, составляющих пробу, либо удаление электрона с одной из внутренних атомных оболочек. В последнем случае атом оказывается в возбуждённом состоянии. Избыток энергии сбрасывается в виде кванта флуоресцентного (характеристического) излучения.

Вторичное излучение, соответствующее некоторой длине волны, выделяется различными, в зависимости от конструкции спектрометра, способами и регистрируется датчиком прибора. Скорость счёта электрических импульсов датчика (имп/с) пропорциональна потоку квантов (квант/с) рентгеновского излучения, попадающего на датчик, и является аналитическим сигналом спектрометра (рисунок).

Однозначное соответствие между энергией характеристического излучения и атомным номером элемента, позволяют определять перечень элементов, составляющих исследуемую пробу, т.е. проводить качественный анализ. Наличие зависимости между интенсивностью (количеством квантов) характеристического излучения и содержанием в пробе элемента, которому это излучение принадлежит, позволяет определять содержание элементов в анализируемой пробе, т.е. проводить количественный анализ.

Основные типы приборов для РФА

Спектрометры для проведения рентгенофлуоресцентного анализа широко применяемые в промышленности можно разделить на два основных типа.

Кроме спектрометров НПО «СПЕКТРОН» производит рентгенофлуоресцентные анализаторы «СПЕКТРОСКАН», которые реализуют как энергодисперсионный, так и волнодисперсионный принцип выделения аналитического сигнала.

Преимущества рентгенофлуоресцентного метода

Рентгенофлуоресцентный метод обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с другими методами определения элементного состава.

1. Первое и наверное, самое весомое преимущество – это возможность анализа твердых проб без переведения их в раствор, а также возможность анализа жидких проб без отделения органической составляющей. Жидкие пробы наливаются в специальные кюветы, накрываются пленкой для РФА и анализируются как есть. Порошковые пробы измельчаются до необходимой крупности частиц и прессуются в таблетки. При анализе сплавов, поверхность образца затачивается или шлифуется на плоскость. Полученные одним из способов образцы, помещаются в прибор и анализируются.

2. Второе – это простота и однозначность рентгеновского спектра. Наличие рентгеновского характеристического спектра K(L)-серии на энергиях, предсказываемых законом Мозли в спектре анализируемого вещества, является прямым доказательством присутствия соответствующего элемента в нем. Это свойство рентгенофлуоресцентного метода позволяет просто и быстро проводить качественный анализ образцов. Например, для определения загрязняющих или ядовитых элементов при проведении различных экспертиз.

3. Неразрушающий характер возбуждения аналитического сигнала позволяет анализировать уникальные пробы и пробы, существующие в единичном экземпляре, например предметы искусства.

4. Широкие аналитические возможности, обеспечиваемые диапазоном определяемых содержаний от n*1,0 мг/кг до 100% без концентрирования проб и от n*0,01 мг/кг с концентрированием.

Кроме того рентгенофлуоресцентный метод позволяет:

• определять общее содержания аналита вне зависимости от его формы нахождения в твердых и жидких пробах;

• определять в одном эксперименте основные и примесные элементы;

• проводить локальный анализ с локальностью от нескольких десятков мкм без вакуумирования образца;

Таким образом, несмотря на невысокую, по современным меркам чувствительность, рентгенофлуоресцентный метод находит свое применение в различных отраслях, как экспрессный, простой и недорогой метод определения элементного состава.

Количественный анализ

Между интенсивностью линии (I_i) и содержанием в пробе элемента (C_i), которому эта линия принадлежит, существует зависимость, близкая к пропорциональной. Для проведения анализа выбирают одну из нескольких линий флуоресценции элемента, которую называют аналитической. Основная задача, которая стоит перед методистом, при решении аналитической задачи, это задача преобразования I_i в С_i.

В самом общем виде зависимость между интенсивностью I_i выбранной аналитической линии i–го элемента и его массовой долей C_i записывается в виде:

(1)

где: — сложная функция множества содержаний элементов, составляющих пробу, и множества физических (числовых) констант.

Проще говоря, величина сигнала от определяемого элемента зависит не только от содержания этого элемента, но и от содержаний всех остальных элементов.

Наиболее часто применяется способ перевода I_i в C_i путем построения градуировочной характеристики (ГХ) по набору СО, аналогичных по составу пробам, которые требуется анализировать, что позволяет не учитывать значительную часть факторов из множества . Для построения ГХ проводят измерения аналитических сигналов на стандартных образцах (СО) и строят зависимость C_i(I_i). Зависимость выражается градуировочным уравнением:

каждый фактор которого, отвечает за определенные эффекты:

нелинейность градуировочной зависимости

наложение линии j-го элемента на линию i-го, определяемого, элемента

избирательно возбуждение или избирательное поглощение излучения атомов i-го элемента, атомами j-го элемента

наложение линий высокого порядка отражения или линий «пролезания» j-го элемента на линию i-го элемента

Очевидно, что для надежного установления градуировочной зависимости необходимо достаточное количество градуировочных образцов (ГО). Обычно принимается, чем сложнее состав анализируемых проб, тем больше требуется образцов для градуировки. Если градуировочная зависимость выражена простым линейным уравнением: , т.е. вышеописанные эффекты отсутствуют, достаточно пяти градуировочных образцов. В большинстве случаев ГХ строится по 7-10 образцам.

После построения ГХ можно приступать к анализу. Для этого, измеряя аналитические сигналы на пробе неизвестного состава и подставляя их в градуировочное уравнение, определяют содержания элементов в анализируемой пробе.

Вторым, часто применяющимся на практике способом количественного анализа, является способ фундаментальных параметров, который состоит в решении системы, состоящей из уравнений (1), где I_i преобразуется в поток квантов n_i, совместно с условием :

, (2)

Сумма содержаний всех определенных элементов должна равняться 100%. По этой причине достаточно трудно анализировать этим способом вещества, где содержится большое количество неопределяемых или плохо определяемых РФА элементов. Такие пробы анализируется с большой погрешностью. Однако анализ способом фундаментальных параметров прекрасно работает для сплавов и некоторых других материалов с не слишком сложным компонентным и минеральным составом.

Особенности применения РФА

При анализе сложных многокомпонентных проб необходимо учитывать факторы, влияющие на погрешность РФА и минимизировать их влияние. Основные факторы и способы их устранения приведены ниже.

Толщина слоя пробы, с которого выходит излучение определяемого элемента, определяется составом этого слоя и величиной энергии излучения определяемого элемента. Чем больше средний атомный номер пробы (тяжелее матрица) тем меньше глубина, с которой может выйти излучение определяемого элемента. Наоборот, чем большей энергией обладает излучение определяемого элемента, тем с большей глубины образца оно выйдет.

На практике обычно принимается, что при использовании коротковолновых аналитических линий (определении тяжелых элементов) достаточно измельчить пробу до крупности зерен порядка 70 мкм, а при определении легких элементов необходимо добиваться тем меньшего размера зерен, чем меньше атомный номер определяемого элемента. Например, для натрия в алюмосиликатных пробах необходимо добиваться микронного размера зерен, что практически недостижимо. По этой же причине невозможно определять с приемлемой погрешностью содержания B, C, N, O, F в порошковых пробах. Определение перечисленных элементов рентгенофлуоресцентным методом возможно только в твердых образцах с идеально гладкой поверхностью (стекла, сплавы) и однородным распределением указанных элементов по поверхности образца.

Те же требования применяются при анализе стекла и сплавов, однако размер зерен «трансформируется» в грубость поверхности. Таким образом, грубость поверхности анализируемого образца должна быть порядка 50 мкм, в большинстве случаев.

К эффектам неоднородности также относят обволакивание твердых частиц пробы, более мягкими частицами. При измельчении пробы, состоящей из разных по твердости минералов, мягкие минералы быстро измельчаются и обволакивают частицы твердых минералов, которые не достигают той же степени измельчения, благодаря этому искажается зависимость измеряемого аналитического сигнала от содержания элемента.

Существует также влияние минерального состава проб на результат анализа. В зависимости от того, в каком минерале содержится определяемый элемент, можно получать разную величину аналитического сигнала при одном содержании элемента. Некоторые минералы приобретают ориентацию при прессовании материала пробы в таблетку, что приводит к разной величине аналитического сигнала при разном положении образца относительно измерительного тракта.

Способ решения описанных проблем состоит в тщательной отработке пробоподготовки и использовании для градуировки прибора образцов, совпадающих по своим характеристикам с анализируемыми. Также очень важно соблюдать методику подготовки проб при подготовке градуировочных образцов.

Принципиальное решение указанных проблем возможно только при переводе пробы в стекло. При сплавлении пробы с боратным флюсом разрушаются все минералы и частицы, образуется однородное аморфное стекло. Этот способ пробоподготовки широко применяется в силикатном анализе, когда необходимо с высокой точностью определить содержание таких элементов как Mg, Al, Si, K, Ca. Широко востребована подготовка проб сплавлением также в цементной промышленности и при производстве огнеупорных материалов.

Есть только один существенный недостаток при подготовке проб сплавлением: проба разбавляется минимум в два раза, а чаще в пять и более раз, соответственно ухудшается пределы количественного определения микроэлементов. В остальном сплавление превосходный способ подготовки проб, широко применяющийся в РФА.

Влияние состава пробы на метрологические характеристики анализа

Очень часто нас спрашивают, каковы возможности метода при определении такого то элемента? Каков предел определения и погрешность? Для РФА предел определения элемента имеет смысл только относительно к веществу, в котором определяется элемент, т.к. для разных веществ пределы количественного определения элементов будут разными. Также большую роль играет атомный номер элемента и средний атомный номер материала пробы. При прочих равных условиях, легкие элементы определяются хуже, чем тяжелые, а один и тот же элемент, лучше определяется в легкой матрице, нежели в тяжелой.

Источник

• через какое время делают повторное эко →