X-Ray Fluorescence(XRF) pptx

X-Ray Fluorescence X-Ray Fluorescence(XRF) (Phổ huỳnh quang tia X ) GV : TS. Nguyễn Ngọc Trung Nội Dung Chính 1.Giới thiệu XRF 2.Cơ chế phát huỳnh quang tia X 3.Thiết bị phân tích XRF 3.1 WD XRF 3.2 ED XRF 4. Ứng dụng 5. Ưu nhược điểm TS : Nguyễn Ngọc Trung 1 X-Ray Fluorescence 1.Giới Thiệu XRF • XRF (huỳnh quang tia X) là kỹ thuật quang phổ được sử dụng chủ yếu với các mẫu rắn,trong đó sự phát xạ tia X thứ cấp được sinh ra bởi sự kích thích các điện tử của mẫu bằng nguồn phát tia X. • Dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra mà phân tích được thành phần hóa học của vật rắn. • XRF có độ chính xác cao,có khả năng phân tích đồng thời nhiều nguyên tố ,mẫu phân tích không bị phá huỷ. • Giới hạn phân tích thường từ 10 đến 100 ppm trọng lượng những nguyên tố. + Tia X ( tia Rơnghen) được phát minh ra năm 1895. Tia X thực chất là bức xạ điện từ , bước sóng ngắn 0,01Å-10Å và có năng lượng từ 1.25 – 100 keV. Năng lượng của tia X được tính theo bước sóng theo công thức : hc E λ = hoặc : 12.398 E λ = trong đó E tính bằng KeV còn λ tính bằng Å 2.Cơ chế phát XRF a)Nguồn phát tia X :thường sử dụng ống phóng tia X. Cấu tạo gồm một buồng chân không (áp suất cỡ 6 10 − đến 8 10 − mmHg), và hai điện cực (Anốt và Catốt) Khi chùm e phát ra từ Catốt (bị đốt nóng ) sẽ được gia tốc bởi điện trường giữa 2 điện cực ở trong buồng chân không tới đập vào anốt (bia) và phát ra tia X. Tia X phát ra từ ống phóng được gọi là tia X đặc trưng, cường độ của tia X thay đổi tuỳ thuộc điện áp đặt vào 2 điện cực . Chùm tia X có năng lượng lớn từ ống phóng tia X hoặc một nguồn phát xạ được chiếu vào nguyên tử vật liệu (mẫu phân tích) . Năng lượng này được nguyên tử hấp thụ gần như hoàn toàn,và đủ để làm cho điện tử lớp trong cùng bay ra (hiện tượng quang điện ). Sự phát xạ của điện tử lớp trong cùng sẽ để lại một lỗ trống, làm cho nguyên tử ở trạng thái không bền vững. TS : Nguyễn Ngọc Trung 2 X-Ray Fluorescence Khi nguyên tử chuyển sang trạng thái bền vững, điển tử ở vành ngoài sẽ nhảy vào lấp lỗ trống . Nếu một electron ở vành L nhảy vào lấp lỗ trống ở vành K giải phóng năng lượng dưới dạng sóng điện từ hay còn gọi là tia X thứ cấp ,Có giá trị là : K L E φ φ = − Quá trình dịch chuyển này cũng có thể xảy ra giữa vành K với các vành khác cao hơn như M, N, TS : Nguyễn Ngọc Trung 3 X-Ray Fluorescence Sơ đồ sự chuyển mức của các điện tử trong nguyên tử TS : Nguyễn Ngọc Trung 4 X-Ray Fluorescence Sự dịch chuyển e và phát tia x tuân theo quy tắc chọn lọc • Δn ≥ 1 • Δl = ±1 • Δj = ±1 hoặc 0 K L I L II L III M I M II M III M IV M V n 1 2 2 2 3 3 3 3 3 l 0 0 1 1 0 1 1 2 2 s +½ +½ -½ +½ +½ -½ +½ -½ +½ j ½ ½ ½ 1½ ½ ½ 1½ 1½ 2½ TS : Nguyễn Ngọc Trung 5 X-Ray Fluorescence Cấu trức mức năng lượng của electron trong nguyên tử : Một e trong nguyên tử đặc trưng bởi 4 số lượng tử: • số lượng tử chính : n n= 1 2 3 4 5 …. Lớp K L M N O …. • Số lượng tử phụ : l l= 0,1,2,…(n-1). • Số lượng tử từ : ( m) m= -l, -l+1, 0, l-1,l • số lượng tử spin : (S) s= ± ½ Ngoài ra còn có số lượng tử j : j=l ±s • Với mỗi vạch đặc trưng ta tính được bước sóng của các vạch tương ứng . Ví dụ : vạch kα có bước sóng tương ứng : 1 12.398 1K k α α λ = Bước sóng của các vạc tương ứng của các nguyên tố. TS : Nguyễn Ngọc Trung 6 X-Ray Fluorescence Năng lượng tia X ở vành K cuả các nguyên tố trải rộng từ vài keV tới khoảng 100 keV ,còn các tia X ở vành L thì ở cực đại khoảng 20 keV . Trong ứng dụng thực tiễn phân tích nguyên tố thường đo các tia X có năng lượng từ vài keV tới vài chục keV . Đối với nhiều nguyên tố thì các tia X ở vành K luôn là sự ưu tiên lựa chọn . TS : Nguyễn Ngọc Trung 7 X-Ray Fluorescence Đồ thị phân giải năng lượng của một số nguyên tố VD :Của Pb ( năng lượng của vạch K lớn hơn hẳn các vạch L) TS : Nguyễn Ngọc Trung 8 X-Ray Fluorescence Sự khác nhau giữa quá trình tạo điện tử Auger và huỳnh quang tia X (Chúng khác nhau cơ bản ở năng lượng ) TS : Nguyễn Ngọc Trung 9 X-Ray Fluorescence 3.Thiết bị phân tích tia X • Muốn phân tích XRF thì ta có thể đo năng lượng và cường độ của tia X . 2 phương pháp đo : + Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (WDXRF) (phân giải bước sóng của huỳnh quang tia X ). + EDXRF (phân giải năng lượng của huỳnh quang tia X) . • Yêu cầu về mẫu phân tích : Về nguyên tắc có thể phân tích mẫu nước, mẫu rắn, hoặc mẫu lỏng . Tuy nhiên mẫu bột thường được sử dụng nhiều nhất .Mẫu bột được nghiền mịn, kích thước hạt cỡ 100-200 mesơ (mesh-số mắt trên một inch vuông ). Hộp đựng mẫu phải làm bằng vật liệu không gây nhiễu cho các tia X huỳnh quang mà ta muốn đo. Hoặc mẫu bột được nén thành viên mỏng, bề mặt nhẵn và phẳng thì không cần hộp đựng mẫu . 3.1 WDXRF (warelength disperse) • Cấu tạo gồm : ống phóng tia X, mẫu phân tích, ống trực chuẩn, tinh thể , đầu dò , bộ khuếch đại và thiết bị hiển thị kết quả. TS : Nguyễn Ngọc Trung 10 [...]... kênh + đơn kênh ,giá khoảng 60.000$ + đa kênh ,giá khoảng 150.000$ TS : Nguyễn Ngọc Trung 11 X-Ray Fluorescence TS : Nguyễn Ngọc Trung 12 X-Ray Fluorescence VD : máy phân giải bước sóng đa kênh : TS : Nguyễn Ngọc Trung 13 X-Ray Fluorescence TS : Nguyễn Ngọc Trung 14 X-Ray Fluorescence TS : Nguyễn Ngọc Trung 15 X-Ray Fluorescence 3.2 : ED (Energy Disperse) • Phương pháp này hoạt động dựa trên định luật... những bộ phận chính sau : - Ống phát tia X (X-Ray tube) : tạo ra nguồn phát tia X tập trung và có năng lượng cao - Detector : thiết bị ghi nhận tín hiệu cường độ của tia X đặc trưng cho từng nguyên tố phát ra từ mẫu - Bộ lọc chùm tia sơ cấp (primary beam filter): lọc chùm tia X đặc trưng của nguyên tố chế tạo anot của ống phát tia X TS : Nguyễn Ngọc Trung 17 X-Ray Fluorescence - Bộ lọc chùm tia thứ cấp... pháp này có đặc điểm năng lượng nguồn tia X sơ cấp thay đổi đối với các nguyên tố và sử dụng kính lọc để thu được tín hiệu có λ đặc trưng cho mỗi nguyên tố • Sơ đồ thiết bị : TS : Nguyễn Ngọc Trung 16 X-Ray Fluorescence Trong phương pháp EDXRF , năng lượng tia X phát ra bởi mẫu sẽ được thu nhận bởi một detector Silic và quá trình được xử lý bằng một máy đo chiều cao xung Máy tính sẽ phân tích dữ liệu.. .X-Ray Fluorescence • Bước sóng của tia X có thể đo được dựa vào : Định luật Bragg : 2dsinθ=nλ Trong đó : n là số nguyên λ là bước sóng d là khoảng cách giữa 2 lớp nguyên tử θ là góc tạo bởi tia X và mặt... qua ít bị hấp thụ nhưng lớp Be đủ ngăn cản Tia X Catot không cho không khí lọt vào Sơ đồ nguyên lý cấu tạo ống phát tia X 220V AC 220V AC TS : Nguyễn Ngọc Trung Dòng điện tử Hiệu điện thế cao 18 Anot X-Ray Fluorescence Detector Detector dùng trong máy Lab-X3500 là loại detector đếm tỷ lệ, khí neon, hàn kín Detector khí hàn kín dùng cho máy là detector cố định Ống đếm khí hàn kín (multitron và exatron)... tia X Detector chuyển các xung này tới bộ xử lý tín hiệu, chuyển đổi tín hiệu xung thành tín hiệu điện, kết quả được in ra màn hình hoặc máy in Sơ đồ nguyên lý cấu tạo detector TS : Nguyễn Ngọc Trung 19 X-Ray Fluorescence Phần mềm điều khiển máy Lab-X3500 Phần mềm điều khiển máy ASP3500 được cài đặt trong máy, tương thích với cấu hình chuẩn của máy, chỉ hoạt động tốt với các phương pháp phân tích được... Ống phát 25kV anot Pd Loại detector : Detector hàn kín khí Neon đếm tỷ lệ Detector thường L3NE Neon detector (higher performance, LT3NE) Khí trơ : Khí Heli độ tinh khiết ≥99% TS : Nguyễn Ngọc Trung 20 X-Ray Fluorescence Mẫu thiết lập cài đặt: có 4 mẫu Setting- up Sample - SUCM03B - SUCM04B - SU-K50B - SU-S30B Mẫu thiết bị: có 3 mẫu - IAGPS1(Ti) - IAGPS2(Al) - IAGBLANK Bàn xoay mẫu tự động : có 6 vị... mẫu cần phân tích được nghiền mịn với chất trợ nghiền sau đó mẫu được ép bằng máy nén thuỷ lực - LZMET019: xác định canxi, silic, nhôm, sắt Mẫu chuẩn dùng : SUCM03B và SUCM04B TS : Nguyễn Ngọc Trung 21 X-Ray Fluorescence - LZMET020 : xác định canxi, silic, nhôm, sắt, manhê Mẫu chuẩn dùng : SUCM03B và SUCM04B - LZMET021 : xác định canxi, silic, nhôm, sắt, manhê v à sulphat Mẫu chuẩn dùng : SUM03B, SUM04B... 0,03 0,02 LZMET020 và LZMET024 LZMET020 LZMET024 CaO 40-45 0,16 - SiO2 13-16 0,10 - Al2O3 1,3-4,1 0,09 0,06 Fe2O3 0,2-3,8 0,06 0,02 MgO 0,3-2,9 0,05 0,15 K2O 0,1-1,1 0,02 0,03 TS : Nguyễn Ngọc Trung 22 X-Ray Fluorescence LZMET021 và LZMET025 LZMET021 LZMET025 CaO 40-45 0,22 - SiO2 13-16 0,15 - Al2O3 1,4-4,8 0,11 0,08 Fe2O3 0,2-3,8 0,06 0,02 MgO 0,3-2,9 0,06 0,0-1,0 0,08 0,05 K2O 0,1-1,1 0,02 < 410 (phân... manhê, sunphat Mẫu chuẩn dùng : SUCM03B, SUCM04B, SU-S30B - LZMET026 : xác định canxi, silic, nhôm, sắt, manhê, kali, sunphat Mẫu chuẩn dùng : SUCM03B, SUCM04B, SU-S30B, SU-S50B TS : Nguyễn Ngọc Trung 23 X-Ray Fluorescence Bảng 2 Dải nồng độ tối ưu của phương pháp phân tích xi măng thành phẩm Nồng độ (%) Sai số chuẩn (%) Giới hạn xác định (%) SO3 1,9-5,8 0,11 - CaO 53-68 0,36 - Cấu tử Thời gian đo (giây) . Trung 11 X-Ray Fluorescence TS : Nguyễn Ngọc Trung 12 X-Ray Fluorescence VD : máy phân giải bước sóng đa kênh : TS : Nguyễn Ngọc Trung 13 X-Ray Fluorescence TS : Nguyễn Ngọc Trung 14 X-Ray Fluorescence TS. X-Ray Fluorescence X-Ray Fluorescence(XRF) (Phổ huỳnh quang tia X ) GV : TS. Nguyễn Ngọc Trung Nội Dung. Nguyễn Ngọc Trung 7 X-Ray Fluorescence Đồ thị phân giải năng lượng của một số nguyên tố VD :Của Pb ( năng lượng của vạch K lớn hơn hẳn các vạch L) TS : Nguyễn Ngọc Trung 8 X-Ray Fluorescence